紫外分光光度法測定水質(zhì)COD的技術(shù)研究

紫外分光光度法測定水質(zhì)COD的技術(shù)研究張國強第一作者：張國強，男，1980年生，碩士研究生，研究方向為環(huán)境工程?？蹈晡狞S建國任文偉第一作者：張國強，男，1980年生，碩士研究生，研究方向為環(huán)境工程。（電子科技大學自動化工程學院，四川成都610054）摘要紫外分光光度法測定水質(zhì)COD是利用有機物吸收紫外線的特征來測量水中的有機物濃度。用鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液作為水樣,驗證了水樣中COD與254nm紫外線的吸光度之間在一定范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。線性回歸方程為y=125.33x-2.3605，相關(guān)系數(shù)r=0.9945。由于一般污水中有懸濁物的影響，因此研究了采用可見分光光度法補償濁度影響的可行性。關(guān)鍵詞COD濁度補償吸光度UVResearchonUVspectrophotometryfordeterminationofCODinwaterZhangGuoqiang,KangGewen,HuangJianguo,RenWenwei(SchoolofAutomationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,ChengduSichuan610054)Abstract:ThedeterminationofCODinwaterbyultravioletspectrophotometrywastomeasuretheconcentrationoforganicsubstancebasedonthefeaturethatorganicsubstancecouldabsorbultraviolet.Thispaperhadusedpotassiumhydrogenphthalate(C8H5O4K)standardsolutionassamplewatertotestthattherewasbetterlinearrelationshipbetweentheCODofsamplewaterandtheabsorbencyofsolutionat254nm.Thelinearregressionequationandcorrelationcoefficientwasy=125.33x-2.3605andr=0.9945.Becausetherewastheeffectofturbidity,thispaperstudiedthefeasibilityusingvisiblespectrophotometrytocompensatetheeffectabove.Keywords:CODTurbidityCompensateAbsorbencyUV現(xiàn)代社會環(huán)境污染尤其是水污染是迫切需要解決的問題之一。COD[1]是指在一定條件下，氧化1L水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量，以氧的mg/L表示。COD反映了水體受還原性物質(zhì)污染的程度。COD作為河流和工業(yè)廢水的研究及污水處理廠的一個重要的參數(shù)受到各個國家的重視。測定COD的方法主要有化學法和物理法，化學法是以各種化學反應為基礎(chǔ)，物理法則主要是分光光度法。目前,我國測定COD的標準方法有重鉻酸鉀法[1]和高錳酸鹽指數(shù)法[1，2]，前者適合于分析工業(yè)廢水和生活污水,后者適合于分析地下水和較干凈的地表水[3]?；瘜W法的優(yōu)點是氧化完全，測定準確，重現(xiàn)性好，但是測量時間長，而且需要消耗大量的化學試劑，如果處理不好會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。因此，近年來很多人開始研究污染小、速度快的物理法-UV法。1基本理論本文采用的UV法是利用紫外分光光度法來間接測定污水COD，為了解決濁度的影響本文利用可見分光光度法對濁度影響進行補償[4]，其理論基礎(chǔ)為朗伯比爾定律[5]。朗伯比爾定律是指當一束平行單色光通過均勻非散射的稀溶液時溶液對光吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比，即：A=KCL式中：A為吸光度；C為溶液濃度；L為液層厚度；K為比例常數(shù)。吸收定律能夠用于那些彼此不相互作用的多組分溶液，他們的吸光度具線性，即溶液對某一波長光的吸收等于溶液中各個組分對該波長光的吸收之和：由朗伯比爾定律可知，一般情況下L是定值，而K只與入射光波長有關(guān)[2]，也為定值，因此理論上A與C是呈正比的，通過測定一個已知C的溶液的A，那么就可以得到比例系數(shù)K，則A與C之間的線性直線可以確定，因此只要知道未知濃度的溶液的吸光度值就可以得到濃度值。2實驗部分2.1實驗原理理論上吸光度與溶液濃度是呈正比關(guān)系，但實際上由于朗伯比爾定律的條件不能完全滿足，不能夠只通過測定一個已知濃度水樣的吸光度值來確定直線。本文通過測定一組多個不同濃度水樣的吸光度值，以吸光度為橫坐標，COD為縱坐標用線性回歸法擬和數(shù)據(jù)，并計算相關(guān)系數(shù)。水中的還原性物質(zhì)包括有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等，其中水被有機物污染是很普遍的[1]，因此，以有機物污染為主的污水也可以以有機物的量來代表水中COD的量。各種有機物都有自己的吸收光譜，對每一波長的光的吸收度是不一樣的。大部分的有機物在紫外光譜區(qū)有很強吸收[6]，其對254nm的紫外線吸光度很大[7]，因此用254nm紫外線來測量污水COD有很大的準確性。由于實際污水中含有懸濁物和一些膠體等，這些對COD沒有貢獻，但是它們會吸收254nm的紫外線，因此對測量結(jié)果有很大影響，所以要想準確測定COD就必須對濁度的影響進行補償。本文對濁度的補償采用可見分光光度法。通過試驗測定濁度對254nm和可見光的吸收。COD對紫外線有吸收，因此如果知道了濁度分別對紫外線和可見光的吸收程度，那么用水樣對紫外線總的吸光度減去濁度對紫外線的吸光度，則剩下的就是COD對紫外線的吸光度，這樣就對濁度影響進行了補償。2.2實驗方法本文以鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液為水樣，以蒸餾水為參比液，將水樣稀釋多份分別測定其在254nm處的吸光度，繪制COD與吸光度的關(guān)系曲線，計算相關(guān)系數(shù)。然后再測定水樣在546nm處的吸光度，繪制COD與吸光度關(guān)系曲線。配置一份濁度標準溶液，然后稀釋多份分別測定其在254、546nm處的吸光度，繪制COD與吸光度的關(guān)系曲線。2.3所用儀器利用自制的測試儀器，選用1cm比色皿。2.4所用試劑2.4.1二次蒸餾水用蒸餾水發(fā)生器制得。2.4.2鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液配制選用優(yōu)級純鄰苯二甲酸氫鉀，在120度的溫度下干燥1h放置在干燥器中冷卻后，用精密天平稱取0.4251g于二次蒸餾水中，定容至1000mL，此時此標準溶液的COD為500mg/L。吸取1.50、2.25、2.50、3.00、3.75、4.50、5.00、5.25、6.00、7.50、8.00、9.00、10.00、11.00、12.50、14.00、15.00、17.50、20.00、22.50mL鄰苯二甲酸氫鉀標準儲備液于50mL容量瓶中，加二次蒸餾水定容到25mL，則得到的COD分別為30、45、50、60、75、90、100、105、120、150、160、180、200、220、250、280、300、330、350、400、450mg/L2.4.3濁度溶液配制稱取1.000g硫酸肼溶于水中，定容至100mL得到硫酸肼溶液；稱取10.00g六次甲基四胺溶于水中，定容至100mL，得到六次甲基四胺溶液。吸取5.00mL硫酸肼溶液和5.00mL六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中，于25度溫度下反應24h，定容至標線，混勻，此時貯備液的濁度為400度。吸取2.500、3.125、5.000、6.250、9.375、12.500、15.625、18.750、21.875mL濁度標準貯備液于50mL容量瓶中，加二次蒸餾水定容到25mL，則得到的濁度值分別為40、50、80、100、150、200、250、300、350度。3實驗結(jié)果與討論3.1實驗結(jié)果實驗結(jié)束后測得的數(shù)據(jù)如表1和表2，圖1至圖3為測量數(shù)據(jù)線性擬合后的圖形。表1水樣COD與其對UV254、546nm的吸光度關(guān)系序號COD/(mg·L-1)254nm處吸光度546nm處吸光度序號COD/(mg·L-1)254nm處吸光度546nm處吸光度100.00000.0000101200.99800.01222300.23320.0026111501.21070.01213450.33940.0030121601.37630.01204500.38710.0028131801.50120.01255600.48150.0027142001.69760.01756750.65100.0030152201.77010.02137900.79960.0090162501.90980.021581000.82190.0115172802.03480.017091050.88300.0114183002.51180.0120表2濁度與其對UV254、546nm的吸光度關(guān)系序號濁度/度254nm處吸光度546nm處吸光度序號濁度/度254nm處吸光度546nm處吸光度100.00000.000072000.60210.32962400.13400.074282500.74040.40953500.16090.085893000.79280.44314800.29750.1446103500.91030.561851000.33880.1786114001.04500.619661500.50510.2696圖1水樣COD隨其對254nm吸光度的變化圖2濁度隨其對254nm吸光度的變化圖3濁度隨其對546nm吸光度的變化經(jīng)計算圖1的線性回歸方程為y=125.33x-2.3605，相關(guān)系數(shù)為r=0.9945，證明COD與其在254nm處的吸光度之間有很好的線性相關(guān)性，經(jīng)過F檢驗和t檢驗證明二者之間真有統(tǒng)計線性相關(guān)關(guān)系；同理可計算出圖2的線性回歸方程為y=-21.359695+389.903320x，相關(guān)系數(shù)r=0.993；圖3的線性回歸方程為y=-10.202115+652.106018x，相關(guān)系數(shù)r=0.997，并且都通過了F檢驗和t檢驗。3.2討論(1)從表1可以看出，COD對546nm吸光度與濁度對546nm的吸光度的大小相比可忽略不計，因此本文認為COD對546nm不吸收。圖1表明水樣COD與其對254nm的吸光度有良好的線性關(guān)系。圖2和圖3表明濁度對254、546nm都有吸收，并且與其對二者的吸光度之間也有非常好的線性關(guān)系。(2)由圖1可以看出,在COD>250mg/L時，線性關(guān)系不好，這是由于朗伯比爾定律只適用于稀溶液，濃度大時會偏離理論，所以實際中對濃度比較大的水樣要先進行稀釋。(3)計算水樣COD的步驟如以下公式所示：(1)(2)(3)式(1)、(2)、(3)中C1和C2表示水樣中COD和濁度的值，二者待求；A11、A22表示COD和濁度分別對546nm的吸光度，A1、A2表示COD和濁度分別對254nm的吸光度；a1和a2表示實驗后水樣對254、546nm的吸光度；COD對254nm吸光度的回歸直線為y=f1(x)，對546nm吸光度的回歸直線為y=f2(x)；濁度對254nm吸光度的回歸直線為y=f3(x)，其反函數(shù)為y=f3-1(x)，濁度對546nm吸光度的回歸直線為y=f4(x)。(4)由以上討論的可知，只要知道水樣對546nm的吸光度，那么就可以計算出濁度的值，然后計算出濁度對254nm的吸光度，最后計算出COD對254nm的吸光度從而算出水樣中COD的值，則水樣濁度的影響就被補償了，保證了測量COD的準確性。4結(jié)論本文對紫外分光光度法測定廢水COD進行了實驗研究，結(jié)果表明水中有機物含量與其對254nm紫外線的吸光度之間存在良好的線性關(guān)系。考慮到濁度的影響，因此本文證明了利用可見分光光度法對濁度的影響進行補償是可行的。由于各種有機物對254nm的吸光度不同，因此此法還僅限于分析廢水成分變化不大的場合，有一定的局限性。參考文獻[1]王英健，楊永紅.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004：108-116.[2]GB11914—1989，化學需氧量的測定重鉻酸鹽法[S].[3]周娜,羅彬,廖激，等.紫外吸收光譜法直接測定化學需氧量的研