-
一种水体环境水质
COD
检测的紫外
-
可见光谱法研究
汤斌
1
魏彪
1
吴德操
1
毛本将
2
米德伶
1
任勇
1
冯鹏
1
余小柳
1
1
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆
400044
2
四川碧朗科技有限公
司，四川绵阳科学城
621900
摘要：
针对传统水质化学需氧量
(COD)
检测方法检测周期长、操作复杂和引入二次污染等问题，本文对
COD
检测及紫外
-
可见光谱法原理探讨，并对
3
种不同
COD
值的邻苯
二甲酸氢钾溶液与两批北京石化水样同时进行
CODcr
和紫外
-
可见吸收
光谱检测，得到
5
种水样的
CODcr
值
和紫外
-
可见吸收谱图。实验结果表明：水质的
COD
参数与其紫外
-
可见吸
光度有明显
的相关性：
COD
值越大，
紫外
-
可见光吸光度越大。故可将直接紫外
-
可见光谱技术应用于水质
COD
检测，该方法检测时间
短、操作简便、可重复性好且没有二次污染，具有广阔的应用前景
。
关键词：
石化水样；化学需氧量；
紫外
-
可见吸收光谱；重铬酸钾法
*
*
四川省
科技支撑计划项目
(2012SZ0111)
An application research of
UV - visible spectroscopy method to water
sample COD measuring
(Key Laboratory
of Optoelectronic Technology and Systems, Ministry
of Education, Chongqing University,
Chongqing 400044,China)
Abstract:
Considering
the
defects
of
traditional
COD
measuring
methods
that
they
are
time-consuming,
of
complex
operation
and
causing
secondary
pollution
problems,
this
paper
discusses
COD
measuring
and
the
principle of UV -
visible spectroscopy detecting. We first analyses
three kinds of Potassium Hydrogen Phthalate
Solution
with
different
COD
value
and
two
batches
of
water
samples
from
Beijing
Petrochemical
using
both
CODcr
measuring
and
UV-
visible
spectroscopy
detecting,
and
then
obtain
CODcr
values
and
UV-
visible
spectroscopy
graphs
of
those
five
kinds
of
water
samples.
Results
show
that:
COD
value
of
water
sample
are
obviously correlated with its UV -
visible absorbance, and greater COD values
corresponds to greater UV - visible
absorbance.
Thus,
UV
-
visible
spectroscopy
technology
can
be
directly
applied
on
COD
measuring
of
water
sample.
This
method
is
fast,
of
convenient
operation,
greatly
repeatable,
and
also
without
secondary
pollution,
having great application prospects.
Keywords:
water sample of
petrochemical; COD; UV - visible spectroscopy;
Potassium dichromate method.
1
引言
人
类对可持续发展的自然生态规律的片面认识和对自然界的过量索取，致使自然生态环境日益恶化。
特别是，面对越来越多的人口压力和单向的社会经济增长发展方式之间的矛盾加剧，造成水质资源不断被
污染而渐趋匮乏，强化水体污染的检测与保护已刻不容缓。其中，
COD(Chemical Oxygen Demand)
，即化
< br>学需氧量，它是评价水体受污染程度的重要指标。
在我
国，目前评价水体受污染程度的
COD
是用化学方法测量水样中
需要被氧化的还原性物质的量
[1]
，
主要包括检测水质
COD
的重铬酸钾法和酸性高锰酸钾法两种所
谓的标准的化学方法
[2
，
3]
。
前者，
适用于生
活
废水和工业污水；后者，则适用于地下水和地表水。此外，还有电化学法及紫外
-
可见吸收光谱法。
标准方法（被称为国标法
）
，虽然具有测试结果稳定、重现性好等优点，但是该法分析周期长、操作
复杂、单次测试成本高，且使用的重金属盐将对环境造成严重的二次污染
[4
]
。张大全等
[5]
采用三维电极的<
/p>
电化学法对印染废水进行
CODcr
测定
，
取得了较好效果，
但其测量结果受小分子有机物难以分解和处
理时
间的影响较大。
针对化学方法二次污染及电化学法某些不足
等问题，
紫外
-
可见吸收光谱法，
将是现代水体
环境水质
COD
检测技术的一个重要发展方向。它采用直接光谱测量耦合水质
COD
参数，具有无二次污染、
操作简便、易于推广、分析速度快和可实现在线
测量等优点。基此，本文开展了一种水体环境水质
COD
检
测的紫外
-
可见光谱法研究，取得了一定的
实效，对实际应用颇具参考价值。
2
测量原理
2.1
水质
COD
< br>测量原理
在水体环境中，通常的还原性物质主要指有机
物，即
COD
值主要取决于水体中有机物含量。水体中
包含的有机物及其被氧化所消耗氧气的关系式，可表示为
C
n
H
a
O
b
N
c
?
?
n
?
0
.
< br>25
a
?
0
.
5
b
?
0
.
75
c
?
O
2
?
nCO
2
?
?
0
.
5
a
?
1
.
5
c
?
H
2
O
< br>?
cNH
3
(1)
?
NH
3<
/p>
?
2
O
2
?
NO
3
?
H
3
O
?
(2)
式
(1)
，是为待分解的有机物与耗氧量的关系式；式
(2)
，是补充了生成的
NH
< br>3
与氧气反应生产硝酸盐
的关系式。
采用重铬酸盐法检测
CODcr
的关系式，可表示为
2
?
?
C
n
H
a
O
b
N
c
?
dCr
2
O
7
?
?
8
d
?
< br>c
?
H
?
?
nCO
2
?
?
0
.
5
a
?
4
d
?
1
.
5
c
?
H
2
O
?
cNH
4
?
2
dCr
3
?
(3)
以上式
(1)
、式
(2)
和
式
(3)
，它们表明了采用重铬酸盐法检测
CODcr
的有效性。
2.2
紫外
-
可见光谱法原理
紫外
-
可见光谱法，
它是基于测量水体中有机物对紫外
-
可见光的
吸收强度来确定
COD
值的方法。
在水
体环境中，有机物对紫外光的吸收遵循
Lambert
Beer
定律，即
A
?
lg
I
0
/
I
?
abc
(4)
式（
4
）中，
A
为吸光度；
I
0
为入射光强度；
I
为透射光强度；
a
为比例系数；
b
为液层厚度（光程长
度）
；
c
为溶
液的浓度。
对于特定吸收池（水样品池）
，其光程程度
b
不变；在特定环境下，有机物种类及其吸收
系数
a
不变。
因此，特定条件下
COD
的值，即有机物的浓度，可由其对紫外
-
可见光的吸收度
A
确定。