紫外光譜法水體COD測(cè)量的線性-指數(shù)分段數(shù)學(xué)模型

田廣軍，徐光耀，田 青

1.燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004 2.Department of Electrical and Computer Engineering,McGill University,QC H3A 2A7,Canada

引 言

化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand,COD)作為衡量水體有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)，反映了水體受還原性物質(zhì)污染的程度，是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。目前，國(guó)標(biāo)法檢測(cè)水質(zhì)仍以常規(guī)化學(xué)方法為主，應(yīng)用也較為廣泛，但這類測(cè)量方法過(guò)程較為復(fù)雜，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果不能及時(shí)反應(yīng)水質(zhì)的變化情況[1-2]。紫外光譜分析法是依據(jù)光譜數(shù)據(jù)對(duì)污染物進(jìn)行定性定量分析的純物理光學(xué)檢測(cè)方法，相比于常規(guī)化學(xué)方法，紫外光譜法由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)二次試劑污染、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)在線定量分析等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注和深入研究[3-5]。

紫外光譜法利用朗伯-比爾定律分析COD與吸光度關(guān)系時(shí)常選用鄰苯二甲酸氫鉀(分子量M為204.22)溶液[7-8]，在實(shí)際溶液紫外光譜分析中，在朗伯-比爾定律適用范圍內(nèi)達(dá)到某濃度值之后，其COD與吸光度明顯偏離了線性關(guān)系，這一點(diǎn)在許多學(xué)者的研究文獻(xiàn)中被論及和描述。李玉春在254和280 nm處測(cè)量的10～450 mg·L-1COD與吸光度關(guān)系曲線中，254 nm的數(shù)據(jù)在COD大于200 mg·L-1后開始上翹，280 nm的數(shù)據(jù)在COD大于250 mg·L-1后開始上翹；李家琛[6]在測(cè)量25～666 mg·L-1的九種不同濃度鄰苯二甲酸氫鉀溶液在263和280 nm處的吸光度時(shí)，鄰苯二甲酸氫鉀溶液在225 mg·L-1后的濃度與吸光度關(guān)系曲線走勢(shì)發(fā)生明顯變化。

為了拓展光譜法溶液濃度測(cè)量范圍上限，在更寬范圍內(nèi)建立精確的溶液吸光度與COD關(guān)系模型，本文研究了COD為40～560 mg·L-1的鄰苯二甲酸氫鉀溶液的紫外吸收光譜，結(jié)合相關(guān)系數(shù)法、一元魯棒線性回歸和非線性最小二乘回歸建立了吸光度-COD的線性-指數(shù)分段數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了鄰苯二甲酸氫鉀溶液COD的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。……