便携式溶液反射吸光度测定仪的研制

摘要

传统的可见分光光度法，要求测定溶液是澄清的，而如今环境监测的发展趋势是在线、实时、自动。要实现从采样到测定全过程的自动分析，在线过滤不可或缺。然而，在线过滤器滤膜易受到颗粒物的堵塞，会导致现场自动监测仪器的瘫痪而无法工作。为此，本论文参照固相表面吸光度法中反射吸光度的测定原理，研制出溶液反射吸光度测定仪，用于不过滤水样中水质指标的测定。

首先，论文对溶液反射吸光度法测定典型水质指标的可行性进行了论证。设计并制作了两种反射吸光度测定装置，一种是用反光镜改变光路的溶液反射吸光度测定装置，另一种是用光纤改变光路的溶液反射吸光度测定装置。两者分别安装在通用分光光度计上，分别测定不同浊度基底和不同浓度的铁离子、磷酸根离子和亚硝酸根离子溶液吸光度，考察反射吸光度与溶液中浓度和浊度的关系，从中分析浊度对反射吸光度的影响规律，建立不过滤水样中离子的修正反射分光光度法。通过大量的实验数据得出，在测定不过滤水样中铁离子、磷酸根离子和硝酸根离子时，浊度产生的吸光度与浊度的关系分别为A T=4.49×10-4T+0.0264（R2=0.9774，n=20）；A T=5.59×10-4T +0.0256（R2=0.9876，n=19）；A T=7×10-4T+0.011（R2=0.9617，n=12）。在测定实际不过滤水样中的以上离子时，分别按标准方法加入试剂显色，测得吸光度A S；同时，用以上关系式计算A T；以A S-A T代入标准曲线方程即可计算待测水样中的离子浓度，采用本论文建立的方法与相应标准方法测定了实际水样中的铁离子、磷酸根离子与亚硝酸根离子，相应结果无显著差异。可见，采用溶液反射吸光度测定方法测定水质指标是可行的。

基于以上研究，研制了便携式溶液反射吸光度测定仪。仪器主要包括测量池模块、电源模块、电压信号处理模块、微处理控制模块与上位机模块。测量池模块包括光源、比色皿、反光镜和硅光二极管，以上各部分按反射吸光度测量光路要求镶嵌在3D打印黑色塑料骨架上成为整体；仪器的其它各模块制作成仪器主板。仪器的工作过程为：测量池模块的光源发出的光照射至比色皿（样品溶液）上，被反射后到达硅光二极管转换成电压信号，电压信号经放大滤波处理，A/D模数转换采样，再经微处理器滤波处理，经串口将信号传送给上位机，将信号进行图形化显示。

仪器组装成型后，考察了仪器的稳定性和准确性。仪器在120min内测定空白溶液，信号稳定在±0.002之内，机械零点可稳定120min；采用与安装了反射吸光度测定装置的通用仪器和便携式溶液反射吸光度测定仪测定了0-0.5mg/L范围内的5个亚硝酸盐标准样品溶液，两者的测定结果具有显著相关性，相关方程为Y=0.8017X-0.0002(R2=0.9981，n=5)，相关性为0.9981，接近于1，表明便携式测定仪的测定结果与通用仪器具有可比性。2018年1月8日，在花江采集了21个实际水样，不经过滤，直接用安装了反射吸光度测定装置的通用仪器和自制的便携式溶液反射吸光度测

定仪测定亚硝酸盐浓度，两者的测定结果的线性方程为C

通用=1.0584C便携+0.0071

（R2=0.9912，n=21）两者具有显著的正相关，斜率为1.0584。2018年5月18号，用同样的两种仪器检测人工湖的磷酸盐浓度，两者的测定结果的线性方程为C

通用= 0.9443C便携-1.088（R2=0.9321，n=12）两者具有显著的正相关，斜率为0.9443。本检测器可应用于实际水样的测定，与商品仪器相比是稳定可靠的。

关键词：反射吸光度；测定仪；不过滤水样；磷酸根离子；铁离子；亚硝酸根离子