La demande chimique en oxygène (DCO) et la turbidité (Turb), qui représentent respectivement la teneur en matières organiques réductrices et en matières turbidiques en suspension dans un plan d'eau, sont d'importants indicateurs de surveillance de la pollution de la qualité de l'eau.

La méthode d'analyse spectrale a une réponse sensible, une vitesse d'analyse rapide et une bonne répétabilité, dans laquelle la spectroscopie UV est mature en raison de son principe de détection, peut indirectement refléter la matière organique dans l'eau, les matières en suspension et d'autres paramètres physico - chimiques, de sorte qu'elle est largement utilisée. Dans la détection réelle, la diffusion de turbidité peut provoquer de graves perturbations du spectre d'absorption UV de la DCO, ce qui affecte la précision de la détection spectrométrique;

Pour la détection synchrone de la demande chimique en oxygène (DCO) et de la turbidité par spectroscopie UV, il existe des problèmes de couplage caractéristique et de chevauchement des pics spectraux, ce qui affecte gravement la précision de la détection. La réalisation rapide et précise de l'analyse couplée des interférences et de la détection du contenu de nombreux polluants dans les plans d'eau est importante pour la surveillance en temps réel de la qualité de l'eau sur le terrain.

Principe de détection:

Le principe de la détection de la qualité de l'eau est l'analyse qualitative et quantitative des contaminants et des paramètres de la qualité de l'eau dans un échantillon d'eau par diverses méthodes physiques, chimiques et biologiques pour évaluer la pureté et la sécurité d'un plan d'eau.

En général, le principe de la détection par spectrométrie est basé sur l'interaction de la matière avec la lumière. Lorsque la lumière frappe une substance, les molécules ou les atomes de la substance absorbent une longueur d'onde spécifique de la lumière, ce qui crée un spectre d'absorption caractéristique. Différentes substances ont des caractéristiques spectrales différentes, ce qui permet d'identifier et d'analyser quantitativement divers composants d'un échantillon d'eau en analysant le spectre.

La loi de lambertbeer stipule que lorsqu'un faisceau de lumière parallèle traverse une substance absorbante homogène, l'Absorbance a d'une solution est proportionnelle au produit de la concentration C de la substance absorbante dans la solution et de la longueur de trajet optique L. à savoirPour:

A=ε·c·l

Parmi eux:

A est l'Absorbance (Absorbance),

ε est le coefficient d'absorption de la lumière molaire en l·mol^{− 1}·cm^{− 1}，

C est la concentration de la substance absorbant la lumière en mol·l^{− 1}，

L est la longueur du trajet optique en cm.

Lorsque le trajet optique est certain, l'absorption de la lumière à une longueur d'onde particulière dépend de la concentration du composant à mesurer.

Outre la spectroscopie d'absorption, il existe également des applications partielles pour identifier et analyser quantitativement les substances chimiques dans l'eau par leurs propriétés d'excitation ou de diffusion de la lumière, telles que la spectroscopie de fluorescence: le contenu d'une substance est analysé en détectant l'intensité et la longueur d'onde de fluorescence en fonction de la propriété de certaines substances à fluorescence sous une certaine longueur d'onde d'excitation lumineuse.

Idées expérimentales:

Indicateurs communs de la qualité de l'eau:

• Demande chimique en oxygène (DCO): représente la teneur en matières organiques réductrices d'un plan d'eau;

• Demande biochimique en oxygène (DBO): reflète le contenu microbien d'un plan d'eau;

• Dom: teneur en matières organiques dissoutes dans un plan d'eau;

• Toc: teneur totale en carbone organique;

• DOC: teneur en carbone organique dissous;

• Sac: coefficient d'absorption lumineuse spécifique;

• SSK: POTASSIUM soluble dans l'eau;

• Turbidité: teneur en turbides en suspension dans un plan d'eau;

• Azote ammoniacal, phosphore total, teneur totale en azote;

Les différents paramètres et composants de la qualité de l'eau dans l'eau correspondent à des intervalles spectraux d'absorption différents, tels que l'intervalle Spectral d'absorption des nitrates, des nitrites à 200 ~ 250 nm, l'intervalle Spectral des composés à faible molécule, des composés aromatiques, des protéines, des solvants organiques, etc. à 250 ~ 290 nm, l'intervalle de turbidité, de solides dissous totaux à 380 nm, de sorte que la détection d'Absorbance à l'aide d'un spectromètre UV - visible dans la gamme de bande détectable entre 200 ~ 800 nm au lieu de la détection d'Absorbance à longueur d'onde unique peut clairement refléter la distribution de nombreuses substances Dans l'eau.

Principe de mesure: absorption UV - visible (spectrophotométrie); Spectroscopie de fluorescence;

Modèle de spectromètre: série atp2000 (rapport signal / bruit élevé, pixels élevés, intégration élevée)Degrés)

Le détecteur traditionnel utilise un photomultiplicateur couplé à un mécanisme de balayage à longueur d'onde unique, qui est volumineux, a un long temps de mesure et ne peut pas s'adapter à l'analyse des processus transitoires. En termes relatifs, le spectromètre à fibre optique miniature peut capturer le spectre complet de manière transitoire, ce qui permet une surveillance en ligne continue et en temps réel de la qualité de l'eau, plus adaptée aux mesures sur le terrain et en ligne.

Un spectromètre mesure l'Absorbance en faisant passer une lumière parallèle dans une certaine gamme de longueurs d'onde à travers une boîte colorimétrique contenant un échantillon pour détecter le faisceau lumineux traversé. Par comparaison spectrographique avant et après absorption de l'échantillon, on obtient un spectre d'absorption de l'échantillon pour cette gamme de longueurs d'onde.

En mesurant l'absorption dans l'ensemble de la gamme UV / visible, un modèle stoechiométrique est établi, ce qui permet une détection simultanée de la teneur en plusieurs paramètres de la qualité de l'eau.

Acquisition spectrale:

Le système d'acquisition spectrale utilisé pour l'expérience se compose d'un spectromètre atp2000p, d'une lampe au xénon pulsée atg1020, d'un contrôleur central, d'une boîte colorimétrique, d'un atténuateur à fibre optique et d'un écran.

Le spectromètre teste une gamme de longueurs d'onde de 180 à 1000 nm, une résolution de 2,3 nm et un rapport signal / bruit > 500: 1.

Utilisant une cuvette de quartz de 10 mm comme cellule d'échantillon, la Puissance optique de sortie de la source lumineuse pulsée est ajustée par un atténuateur à fibre optique pour garantir la stabilité du spectre d'absorption et éviter les distorsions de saturation lumineuse et le bruit ondulatoire.

Échantillons expérimentaux:Solution standard de DCO: fournie par le Centre national d'essais analytiques pour les métaux non ferreux et les matériaux électroniques avec du phtalate de potassium comme soluté et une concentration massique de 500 mg / l;

Solution standard de turbidité de formazide: fournie par Hangzhou Qiwei Instrument Co., Ltd., 400 NTU;

Acquisition de données spectrales:

Les spectres d'absorption de la DCO et de la solution étalon de turbidité pour différents gradients de concentration massique ont été acquis séparément.

La plage spectrale effective est de 180 ~ 400 nm, le temps d'intégration est de 9 MS, l'intervalle d'échantillonnage est de 500 ms et le nombre moyen de balayages est de 20. Les valeurs moyennes sont prises après 5 prises de données spectrales par échantillon et le spectrogramme est présenté ci - dessous.

Spectroscopie d'absorption UV de solution standard, (a)COD; B) turbidité;

Spectroscopie d'absorption UV des solutions mélangées, (A) Interférence COD + turbidité; B) Turbidité + interférence COD;

En comparant les spectres de chaque échantillon de solution standard, on peut voir que les principales caractéristiques d'absorption de la DCO et de la turbidité sont concentrées dans la gamme 180 ~ 400 nm.

1. La gamme de pic caractéristique de COD est entre 180 ~ 300 nm, avec la concentration de masse augmentant l'Absorbance spectrale UV augmentant progressivement, les deux pics d'absorption caractéristiques sont clairement élevés vers le haut;

2. La plage de crête caractéristique d'absorption spectrale de turbidité est comprise entre 180 ~ 400nm, avec l'augmentation de la turbidité, l'Absorbance augmente globalement.

3. Dans l'échantillon mélangé, l'amélioration de l'interférence de turbidité est telle que la ligne spectrale d'absorption de COD est soulevée vers le haut, le pic d'absorption principal est décalé vers la droite, l'amélioration de l'interférence de COD est telle que le pic d'absorption de turbidité est nettement soulevé vers le haut, Dans le segment 300 ~ 400 nm moins affecté par l'interférence.

Pré - traitement des données spectrales:

En raison de la grande influence de l'environnement extérieur, des conditions de mesure et des caractéristiques de l'instrument lui - même sur les résultats de mesure pendant la mesure par spectrométrie. Les données brutes acquises contiennent souvent de grandes quantités de données redondantes et colinéaires, ce qui affecte considérablement la précision des modèles ultérieurs et l'efficacité du traitement des données. Pour atténuer ou éliminer cet effet, il est généralement nécessaire de prétraiter les données spectrales acquises, telles queSélection de longueur d'onde caractéristiqueEt correspondantOptimisation algorithmiqueIl en résulte des données spectrales efficaces qui améliorent la précision et la stabilité de la détection du modèle.

Longueur d'onde caractéristique choisie, (A) COD; B) turbidité;

Les clients extraient les longueurs d'onde caractéristiques via Spa, simplifiant les données spectrales, excluant les variables redondantes non pertinentes et réduisant considérablement les informations perturbatrices. Grâce à l'optimisation des paramètres par l'algorithme SVR, un modèle d'optimisation a été construit avec succès, capable de réduire efficacement le couplage caractéristique et les interférences de chevauchement des pics spectraux de la présence simultanée de la DCO et de la turbidité, d'obtenir une prédiction synchrone précise de la teneur en DCO et de la turbidité dans L'échantillon d'eau, ainsi qu'une précision de détection élevée pour les solutions de turbidité à faible échelle, permettant une détection synchrone de la DCO et de la spectrométrie UV de turbidité.