紫外分光光度計UV254指標(biāo)的研究

楊苗苗

（海河水利委員會漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局，山東德州253009）

紫外分光光度計UV254指標(biāo)的研究

楊苗苗

（海河水利委員會漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局，山東德州253009）

在水資源監(jiān)控能力建設(shè)中，水資源監(jiān)測設(shè)備起很大作用，本監(jiān)測實驗室通過國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目購置了相應(yīng)的儀器設(shè)備。為了最大程度發(fā)揮監(jiān)測設(shè)備的作用，對其中的TU-1950雙光束紫外可見分光光度計在254 nm下對有機(jī)物的吸收值做了研究。通過對南運(yùn)河四女寺樞紐節(jié)制閘下600 m河段實驗水體進(jìn)行紫外監(jiān)測，研究了紫外吸收值作為有機(jī)物替代參數(shù)的可能性。結(jié)果表明：水體中溶解態(tài)與顆粒態(tài)有機(jī)物在254 nm下的紫外吸光度值分別為0.107和0.165；鄰苯二甲酸氫鉀溶液在波長254 nm處有很好的響應(yīng)性和重現(xiàn)性；UV254值與CODCr值之間呈很好的線性關(guān)系，可以體現(xiàn)出COD的變化趨勢。本研究對紫外分光光度計更廣泛應(yīng)用及紫外吸收值作為有機(jī)物替代參數(shù)具有示范作用。

水資源監(jiān)測設(shè)備；紫外分光光度計；UV254；COD

水資源是人類生存和發(fā)展所必需的基本資源，是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，是生態(tài)與環(huán)境的重要控制性要素。為了提升水資源監(jiān)控能力，以便更好地履行水資源監(jiān)測職能，相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備必不可少，而其中的紫外可見分光光度計更是應(yīng)用最廣、操作最簡單的設(shè)備之一。它對于分析人員來說是最有用的分析工具之一，幾乎每一個分析實驗室都離不開紫外可見分光光度計。紫外可見分光光度法是根據(jù)物質(zhì)分子對波長為200～760 nm的電磁波的吸收特性所建立起來的一種定性、定量和結(jié)構(gòu)分析方法，具有操作簡單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點[1]。

評價水體的治理效果主要看其水質(zhì)參數(shù)的變化，如氨氮、COD、總磷、總氮等，其中COD是重要指標(biāo)之一[2]。傳統(tǒng)重鉻酸鉀氧化法測COD具有耗時長、藥品消耗量大等不足，而COD在線監(jiān)測儀則由于價格昂貴、用于重污染水監(jiān)測準(zhǔn)確度較低在應(yīng)用上受到限制[3]。

UV254是20世紀(jì)70年代提出的評價水中有機(jī)污染物的指標(biāo)，是衡量水中有機(jī)物指標(biāo)的一項重要控制參數(shù)[4]。它是指在波長254 nm處單位比色皿光程下的紫外吸光度。日本已于1978年將UV254值列為水質(zhì)監(jiān)測的正式指標(biāo)，歐洲也已將其作為水廠去除有機(jī)物效果的監(jiān)測指標(biāo)。與傳統(tǒng)重鉻酸鉀氧化法相比，其具有便捷快速等優(yōu)點，同時也能克服COD在線監(jiān)測儀器昂貴的問題。國內(nèi)外許多文獻(xiàn)資料表明，水樣UV254值大小與水中TOC、DOC、COD等具有一定的相關(guān)性，可間接反映水中有機(jī)物污染的程度[5-7]。因此，對特定性質(zhì)的污水，若UV254與其COD有良好的相關(guān)性，用UV254作為COD的替代參數(shù)，監(jiān)測快速、操作簡便、成本低廉。

筆者以南運(yùn)河四女寺生態(tài)修復(fù)[8]段水體作為研究對象，研究各斷面UV254值和不同波長下的紫外吸收值變化情況，以此評價生態(tài)修復(fù)的效果。同時，研究了UV254與相應(yīng)的CODCr值的關(guān)系，探討UV254作為COD的替代參數(shù)的可行性。

1 試驗斷面和方法

1.1 監(jiān)測斷面

從南運(yùn)河四女寺閘至其下游600 m河道范圍內(nèi)的試驗區(qū)域內(nèi)（如圖1所示），分別選擇閘上（A1，進(jìn)水）、閘下上游（A2）、閘下中游（A3）、閘下下游（A4，出水）4個斷面進(jìn)行采樣監(jiān)測。監(jiān)測時間為2014年9月15日—10月28日的1.5月時間，每周監(jiān)測1次。

圖1 四女寺試驗河道位置

1.2 試驗試劑

取0.425 1 g的鄰苯二甲酸氫鉀（在105～110℃下干燥至恒重后）溶于水，轉(zhuǎn)至500 mL容量瓶中，稀釋至刻度線，此溶液COD值為1 000 mg/L。分別取此液2.5、5、10、15、20 mL至100 mL容量瓶中，定容。系列溶液理論COD分別為25.0、50.0、100.0、150.0、200.0 mg/L。

1.3 試驗儀器

TU-1950雙光束紫外可見分光光度計、5B-6C（H）型COD測定儀。

1.4 試驗方法

將同一水樣分為2份，1份用抽濾泵過濾，另1份保持原樣。采用TU-1950雙光束紫外可見分光光度計，以1 cm比色皿蒸餾水作參比，測定樣品在不同波長下的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗段水體UV254值的變化情況

圖2顯示了試驗段水體UV254值的變化情況。由圖2可以看出，與試驗段進(jìn)水水體A1的UV254相比，隨著生物制劑的投放以及生態(tài)措施的作用，各斷面UV254值明顯減小，迅速進(jìn)入穩(wěn)定階段，治理效果明顯。

圖2 試驗段水體UV254值

通過對以上數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)治理效果明顯，生物制劑的投入能夠降低水體中的溶解性物質(zhì)和有機(jī)物的含量。通過向目標(biāo)水體中投加生物制劑可以促進(jìn)水中的大分子化合物分解成小分子化合物，從而削減水體的污染負(fù)荷，增強(qiáng)水體的復(fù)氧功能，使水體的溶解氧濃度升高，降解有機(jī)物，削減河道底質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量。

2.2 波長200～390 nm下紫外測定值

圖3為200～400 nm波長范圍內(nèi)4個斷面水樣的紫外吸收光譜疊加圖。從圖3可以看出，四女寺閘上（A1）水體的紫外吸收光譜與其它3個點的有明顯不同。水體處理前有機(jī)物種類多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為帶苯環(huán)或共軛雙鍵的有機(jī)物，經(jīng)過生物處理后，長鏈有機(jī)物被降解為短鏈有機(jī)物，大分子有機(jī)物被降解為小分子有機(jī)物，紫外吸收光譜與處理前相比發(fā)生藍(lán)移。

水樣在200 nm附近產(chǎn)生明顯的吸收峰，主要是由溶解氧、水分子吸收能量產(chǎn)生的，不適宜用作表征廢水中有機(jī)物的含量，而波長200～226 nm范圍內(nèi)可能存在無機(jī)離子的強(qiáng)吸收，如NO-3在220 nm以下波長有相當(dāng)強(qiáng)的吸收，也不適宜表征有機(jī)物的含量。因此，許多研究成果推薦采用波長254 nm處UV254值進(jìn)行定量分析。從圖3可以看出，在波長254 nm處，節(jié)制閘下水體的紫外吸收光譜值比四女寺閘上的明顯降低很多，說明經(jīng)過生物處理后，長鏈有機(jī)物被降解為短鏈有機(jī)物，大分子有機(jī)物被降解為小分子有機(jī)物[9]。

圖3 不同水樣的紫外吸收光譜

2.3 溶解態(tài)與顆粒態(tài)有機(jī)物情況

水體中的有機(jī)物分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)，一般情況下，顆粒態(tài)的有機(jī)物可以通過水體過濾除去[10]。對水體過濾后進(jìn)行紫外掃描，對過濾和未過濾的水體進(jìn)行分析。由圖4可以看出，過濾的水樣測定值比未過濾的值要小。過濾后水體只含有溶解態(tài)有機(jī)物，溶解態(tài)有機(jī)物UV254平均值為0.165；未過濾水體有機(jī)物包含溶解態(tài)和顆粒態(tài)，UV254平均值為0.272，水體中顆粒態(tài)有機(jī)物的UV254則為0.107。

圖4 未過濾與過濾水樣UV254值對比

2.4 UV254值與CODCr的關(guān)系及比較

2.4.1 鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值

圖5為鄰苯二甲酸氫鉀溶液的UV254值。由圖5可以看出，兩者之間相關(guān)性[11]特別好（r=0.999 6），可以以此作為水樣COD測定值的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖5 鄰苯二甲酸氫鉀溶液的UV254值

2.4.2 UV254值與CODCr的關(guān)系

對四女寺節(jié)制閘下水體分別進(jìn)行UV254和COD鉻法測定，選取部分?jǐn)?shù)據(jù)做線性擬合，擬合曲線如圖6所示。由圖6可見，擬合曲線中的相關(guān)系數(shù)為r= 0.987 5，相關(guān)性較高。

圖6 水樣UV254值與CODCr的關(guān)系

2.4.3 紫外法和鉻法測定的COD比較

水樣在254 nm下的吸光度值按鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出COD值。

通過2種方法測定值的比較，可以看出紫外254 nm處的值明顯小于傳統(tǒng)鉻法的COD值。這是因為，鉻法測定COD是指在一定條件下，經(jīng)重鉻酸鉀氧化處理時水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗的重鉻酸鹽相對應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度，幾乎能夠測定出所有的耗氧物質(zhì)。而UV254法是首先在波長254 nm處單位比色皿光程下測定鄰苯二甲酸氫鉀系列溶液紫外吸光度，繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，再測定水樣的紫外吸光度，通過曲線計算出含量。它測定的物質(zhì)為類似鄰苯二甲酸氫鉀的含有共軛雙鍵的還原性物質(zhì)，并不是所有的還原性物質(zhì)。

表1 紫外法和鉻法測定的COD值

結(jié)合表1和圖5，在要求不嚴(yán)格的情況下，可以以UV254值來測量，它可以體現(xiàn)出COD的變化趨勢，但與傳統(tǒng)法測定的數(shù)值還存在一定差異。

3 結(jié)論

通過對試驗結(jié)果的分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）用紫外可見分光光度計測定污水中有機(jī)物的方法監(jiān)測快速、操作簡便、成本低廉。

（2）試驗段監(jiān)測點監(jiān)測的UV254值顯示，隨著生物制劑的加入，UV254值不斷減小，表明生物制劑的投入能夠降低水體中的溶解性物質(zhì)和有機(jī)物的含量。

（3）鄰苯二甲酸氫鉀溶液在波長254 nm處有很好的響應(yīng)性和重現(xiàn)性，且為還原性物質(zhì)，可以以它作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（4）水體中溶解態(tài)與顆粒態(tài)有機(jī)物在254 nm下的紫外吸光度值分別為0.107和0.165。

（5）UV254值與CODCr值之間呈很好的線性關(guān)系，它可以體現(xiàn)出COD的變化趨勢，但與傳統(tǒng)法測定的數(shù)值還存在一定差異。

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Reasearch on UV254Index by Ultraviolet Spectrophotometer

YANG Miao-miao
（Zhangweinan Canal Administration，Haihe River Water Conservancy Commission，Dezhou 253009，China）

Water monitoring equipments have broad applications in the capacity building of water resources monitoring，and we purchased the appropriate equipments through this project.The absorption of organic matter at 254nm by ultraviolet spectrophotometer was studied in order to maximize the role of monitoring equipment.The possibility of UV absorption as an alternative to organic matter was studied by UV monitoring of the water in the South Canal.The results showed that the UV absorbance at 254 nm was 0.107 and 0.165 respectively.Potassium hydrogen phthalate solution at 254 nm wavelength has a good response and reproducibility.There was a good linear relationship between UV254and CODCr，which can reflect the change trend of COD.This study had an exemplary role in widely application of ultraviolet spectrophotometer and that UV254as a substitution to organic parameters.

water monitoring equipment；ultraviolet spectrophotometer；UV254；COD

X824

A

1004-7328（2017）02-0058-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.018

2017—01—10

楊苗苗（1988—），女，碩士，工程師，主要從事水質(zhì)監(jiān)測工作。