水質在線分析儀器的主要檢測技術

  作為一種專用于水質分析的特定儀器分析技術，和其他儀器分析技術一樣，水質在線分析儀器檢測技術的理論基礎也是根據(jù)水中待測物質的物理化學或者生物化學性質來測定物質的組成及相對含量。根據(jù)測定的方法原理不同，主要可以分為電化學分析、光學分析、色譜分析、其他分析方法等4大類。

  電化學分析法(electroanalytical chemistry，也稱電分析化學法)，是建立在物質在溶液中電化學性質基礎上的一類分析方法，它是儀器分析方法中的一個重要分支。電化學分析測量系統(tǒng)是一個由電解質溶液和電極構成的化學電池，通過測量電池的電位、電流、電導等物理量，實現(xiàn)對待測物質的分析。根據(jù)測定電化學參數(shù)的不同，電化學分析法又分為電位分析法、庫侖分析法、伏安分析法(包括極譜分析法)、電導分析法等。

  電化學分析法原理的在線水質分析儀器，是出現(xiàn)最早和應用最普遍的一類在線水質分析儀器。其中，既有較為簡單的傳感器形式的各種Ph/ORP(氧化還原電位)分析儀、電導率分析儀(目前在工業(yè)過程分析中應用十分普遍的酸堿鹽濃度計，也都大多是采用電導檢測原理的在線分析儀器)、極譜法溶解氧分析儀、基于離子選擇電極法的氨氮、氯離子、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮分析儀;也有結構比較復雜的自動化分析設備，如基于伏安分析法的各種重金屬分析儀，采用電位滴定原理的COD分析儀，高錳酸鹽指數(shù)分析儀，采用電導分析法的純水TOC(總有機碳)分析儀等。

  光學分析法(optical analysis)，是以物質發(fā)射或吸收電磁輻射以及物質與電磁輻射相互作用(發(fā)光、吸收、散射、光電子發(fā)射等)來對待測樣品進行分析的方法。可以分為光譜法和非光譜法兩大類。非光譜分析法，是基于物質引起輻射的方向或物理性質的改變，檢測被測物質的某種物理光學性質，進行定量、定性分析的方法，非光譜分析法不考慮物質內部能量的變化，包括了折射法、散射光法等。光譜分析法，是以光輻射能與物質組成和結構之間的內在聯(lián)系或者以光譜或波譜的測量為基礎，利用物質的光譜特征，進行定性、定量及結構分析的方法。按物質能級躍遷的方式，光譜分析法又分為三種基本類型：發(fā)光光譜法(包括分子熒光分析法、X射線熒光分析法等)、吸收光譜法(包括紫外可見分光光度法、紅外分光光度法等)以及散射光譜法(如最近比較熱門的拉曼散射光譜法)。

  在線濁度分析儀是目前非光譜分析法在水質在線分析技術最有價值的應用。濁度是水質凈化處理最重要的關鍵性工藝參數(shù)，它既可反應水中懸浮物的濃度，同時又是人的感官對水質最直接的評價，全球各國包括世界衛(wèi)生組織的飲用水標準都把濁度作為了一個必測的指標。濁度的測量原理是利用光的散射原理，當光束接觸到水中的懸浮物顆粒表面時，將會散射和吸收通過水樣的光線，散射光與入射光成90度直角時，散射光強度與濁度的大小成線性關系，通過檢測器測量散射光強度，同標準比較，就能獲得水樣的濁度值。目前市場上已經(jīng)有了數(shù)十種不同結構、不同量程、不同測試精度、不同安裝方式的在線濁度分析儀器產(chǎn)品，可以滿足從潔凈度極高的膜過濾水到高污染、高懸浮物水樣濁度的實時監(jiān)測。

  目前，采用光譜分析法原理的水質在線分析儀器是能夠測量水質參數(shù)最多的一類儀器，這其中，既有采用經(jīng)典比色法原理的總磷分析儀、總氮分析儀、氨氮分析儀、SO2分析儀、六價鉻、銅等重金屬分析儀;也有X射線熒光分析法原理的鉛、砷分析儀;還有紫外熒光原理的水中油(多環(huán)芳烴)分析儀等。最近，隨著化學計量學和光譜學的發(fā)展，采用全光譜掃描方法，可一次分析十多種水質參數(shù)的多參數(shù)在線水質分析儀也得到越來越多的應用。

  另外，隨著流動注射分析技術的出現(xiàn)和大量應用，也為提高“結構比較復雜的自動化分析設備或者裝置”這類在線水質分析儀器的分析速度，實現(xiàn)儀器快速自動完成水樣采集、處理，試劑混合，乃至最終檢測提供了支撐。流動注射分析(Flow Injection Analysis，縮寫FIA)，是一種“非平衡態(tài)”化學分析技術，1974年由丹麥化學家魯齊卡(Ruzicka J)和漢森(Hansen E H)提出的一種創(chuàng)新的連續(xù)流動分析技術。這種技術是把一定體積的試樣溶液注入到一個連續(xù)流動的、無空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中，被注入的試樣溶液在反應管中形成一個反應單元，并與載流中的試劑混合、反應后，再進入到流通檢測器進行測定分析及記錄。整個分析過程中試樣溶液都在嚴格控制的條件下在試劑載流中分散，因此，只要待測水樣的注射方法，在管道中存留時間、溫度和分散過程等條件相同，不要求反應達到平衡狀態(tài)就可以按照比較的方法，通過標準溶液所繪制的工作曲線測出試樣溶液中被測物質的濃度。

  流動注射分析技術的應用，極大的提高了水樣分析速度。特別是隨著由具有良好耐腐蝕性能的聚乙烯、聚四氟乙烯等材料制成的微型管道系統(tǒng)的出現(xiàn)，儀器對樣品以及分析試劑的耐受性大大提高，擴展了儀器對分析方法的適應性，增加了可實現(xiàn)自動分析的水質參數(shù)，采用流動注射技術的儀器小型化也成為現(xiàn)實。由于流動注射分析技術具有可以把吸光分析法、熒光分析法、比濁法和離子選擇電極分析法等諸多分析方法的流程實現(xiàn)在管道中完成、需要的試劑量小、易于自動連續(xù)分析的優(yōu)點，在水質在線分析儀器領域得到了非常普遍的應用，幾乎被所有非傳感器形式的在線水質分析儀器所采用。

  最近以來，為滿足對水中多種微量成分的實時監(jiān)測，色譜原理的在線水質分析儀器開始出現(xiàn)，在線離子色譜監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測水中高氯酸鹽和氯酸鹽、在線氣相色譜儀監(jiān)測水中VOCs(揮發(fā)性有機物)的都取得了成功的應用。

  其他原理的在線水質分析儀器中，生物技術原理的產(chǎn)品占據(jù)了很大的份額，其中，發(fā)光細菌法生物毒性監(jiān)測儀、微生物燃料電池監(jiān)測生化需氧量和毒性，核酸酶重金屬特異性反應監(jiān)測重金屬，酶底物法監(jiān)測大腸桿菌、ALP(堿性磷酸酶)法監(jiān)測細菌總數(shù)等原理和方法的在線水質分析儀器最近幾年都開始得到市場的認可。