环境水样分析中UV光度法有哪些应用？
1. 引言
水资源是人类生存与发展的基本要素，保障水质安全是生态文明建设的重要组成部分。面对工业废水、生活污水、农业面源污染以及新兴污染物（如医药残留、微塑料等）日益复杂的水质污染状况，建立高效、便捷、稳定的水样分析技术体系已成为环境科学的重要任务。
紫外分光光度法因其设备成本低、检测周期短、操作技术门槛低、数据稳定性好，被广泛应用于水质监测、废水排放控制、饮用水安全检测、污水处理过程控制等多个领域，是目前环境监测实验室中最普及的基础检测技术之一。
2. 紫外分光光度法的基本原理
2.1 吸收光谱基本机理
水样中的溶解性有机物、部分无机离子及污染物在特定波长下吸收紫外-可见光。吸收机制主要包括：
π → π* 跃迁：芳香环、共轭不饱和化合物；
n → π* 跃迁：羰基、氮氧官能团；
电荷转移吸收：部分金属络合物；
配位吸收：重金属与显色剂配位形成新吸收峰。
通过测定不同波长下的吸光度，并结合朗伯-比尔定律实现定量分析：
A=ε⋅c⋅lA = \varepsilon \cdot c \cdot lA=ε⋅c⋅l
其中：
A 为吸光度；
ε 为摩尔吸光系数；
c 为浓度；
l 为光程长度。
2.2 紫外波段与检测对象关系
| 波段范围 | 典型分析对象 |
|---|---|
| 190–250 nm | NO₃⁻、ClO₄⁻、芳香烃 |
| 250–300 nm | 硝基芳烃、多环芳烃 |
| 300–400 nm | 色素、重金属络合物 |
| 400–700 nm（可见区） | COD、重金属、氨氮 |
3. 紫外光度法在水质检测中的应用体系
紫外法在水质监测中既可直接检测部分指标，也可结合显色反应间接测定难以直接检测的污染物。
3.1 直接紫外吸收法
无需显色反应，直接读取水样紫外吸收值。
（1）总有机碳（TOC）与UV254吸光值
UV254 表示水样在254 nm波长下的吸光度；
反映水中芳香族有机物及部分难降解有机物浓度；
可作为TOC或有机污染物含量间接指标；
适用于地表水、自来水、有机废水监测。
（2）硝酸盐氮（NO₃⁻）
NO₃⁻ 在190–220 nm有特征吸收；
215 nm附近吸收强烈；
与亚硝酸盐、COD吸收区部分重叠，需消除干扰或配合算法修正。
（3）过渡金属离子吸收
如Cr(VI)在350 nm处有特征吸收；
适合高浓度电镀废水中重金属污染快速检测。
（4）部分芳香烃、多环芳烃
BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、萘、菲等；
220–280 nm吸收峰明显；
适合初步筛选有机溶剂污染物。
3.2 显色反应紫外光度法
通过引入显色剂形成紫外吸收复合物，实现间接检测。
（1）化学需氧量（COD）——重铬酸法
利用K₂Cr₂O₇氧化有机物；
残余Cr(VI)在350 nm吸光度下降；
紫外法比传统滴定法更适合自动化监测。
（2）氨氮测定——纳氏试剂法
氨与纳氏试剂反应产生黄色络合物；
420 nm吸收峰定量检测；
应用于地表水、饮用水及污水氨氮控制。
（3）磷酸盐检测——钼酸铵显色法
磷酸盐与钼酸铵在酸性下生成磷钼杂多酸；
880 nm处可见区测定；
对富营养化水体磷超标监测尤为重要。
（4）重金属检测
二乙基二硫代氨基甲酸盐 (DDTC) 显色剂检测Hg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺；
多用于工业废水排放监测；
紫外区或可见区形成特征络合吸收峰。
4. 紫外法在水质过程控制中的典型应用场景
| 应用环节 | 检测指标 | UV应用模式 |
|---|---|---|
| 饮用水厂进水 | 有机物、硝酸盐、色度 | UV254筛查、有机负荷监控 |
| 自来水出厂 | 消毒副产物控制 | 紫外吸收总有机物监控 |
| 污水处理厂 | COD、氨氮、TP | 在线UV实时监测 |
| 地表水监测 | 富营养化控制 | 磷酸盐、硝酸盐联用紫外法 |
| 工业废水排放 | 重金属、有机溶剂 | UV快速筛查超标风险 |
| 应急事故监测 | 有毒有机物 | UV全谱扫描异常预警 |
5. UV法水质检测的技术优势
5.1 快速高效
样品制备简单；
无需长时间反应或复杂衍生；
几分钟内获得结果，适合现场即时决策。
5.2 操作简便
一键式操作；
适合现场便携式设备推广；
非专业技术人员亦可快速掌握。
5.3 环保经济
废液量小；
无需大量消耗化学试剂；
易于实现在线连续自动监测系统。
5.4 易于在线自动化集成
连续流动检测；
可实时反馈至控制系统；
适合水厂与污水处理智能监控系统建设。
6. UV法在水样分析中的技术瓶颈
| 局限性 | 技术表现 | 解决思路 |
|---|---|---|
| 光谱重叠干扰 | NO₃⁻、NO₂⁻、COD吸收区重叠 | 数学算法分离、辅助比色法 |
| 灵敏度限制 | μg/L以下痕量有机物检出限较高 | 富集预处理、配合荧光法 |
| 共存物质干扰 | pH、溶解盐、金属离子影响吸光值 | 缓冲体系控制、络合掩蔽 |
| 浊度影响 | 背景散射造成吸光虚高 | 澄清过滤、双光束比色修正 |
| 高阶结构无法识别 | 仅反映官能团信息 | 色谱-紫外联用增强定性能力 |
7. 典型水质参数与UV法检测波长对照表
| 检测项目 | 反应机理 | 测定波长 (nm) |
|---|---|---|
| UV254 | 芳香族有机物直接吸收 | 254 |
| 硝酸盐 | NO₃⁻特征吸收 | 210、220 |
| 化学需氧量 (COD) | Cr(VI)吸收下降 | 350 |
| 氨氮 | 纳氏显色反应 | 420 |
| 磷酸盐 | 钼酸盐络合 | 880 |
| 重金属 (Hg, Pb, Cd) | DDTC络合 | 300–400 |
| 苯系物（BTEX） | 芳香环吸收 | 220–270 |
8. UV法水样分析常见干扰因素与控制措施
| 干扰源 | 影响表现 | 控制方法 |
|---|---|---|
| 溶剂体系变化 | 吸光基线漂移 | 标准缓冲体系统一空白 |
| pH变化 | 电离状态吸收偏移 | pH调节控制 |
| 浊度悬浮物 | 光散射误差 | 过滤澄清处理 |
| 温度波动 | 光源波长漂移 | 恒温检测或仪器自动校准 |
| 仪器漂移 | 吸光度偏差积累 | 定期波长、吸光度校正 |
9. 紫外分光光度计水质检测专用配置建议
10. 紫外法水样分析的未来技术趋势
10.1 在线UV-Vis光谱水质监控系统
流动池设计；
实时监测多指标联动；
智能分析软件自动解谱计算；
广泛应用于污水处理厂、水源地监控。
10.2 紫外-荧光复合技术
增强有机物痕量检测灵敏度；
联合使用激发-发射矩阵（EEM）分析复杂污染物指纹。
10.3 紫外-色谱联用系统
色谱分离+UV定量；
实现复杂组分同时分析与定性；
应用于新兴污染物及微污染控制研究。
10.4 智能算法建模
AI光谱解谱模型训练；
自动识别谱图异常；
支撑早期预警系统建设。
10.5 微型便携紫外检测平台
手持式紫外检测终端；
现场快速污染物筛查；
结合物联网远程数据传输，实现移动监测网络布局。
11. 结语
紫外分光光度法作为水质分析技术体系中的重要组成部分，凭借其简便快速、成本低廉、自动化适配性强等优势，在环境水样监测中发挥着不可替代的作用。虽然UV法本身存在灵敏度与分辨率限制，但借助显色衍生、多波长联用、算法优化与多技术融合，其应用深度与广度正在不断拓展。未来，UV法将与大数据平台、在线监测网络、智能预警系统紧密融合，成为智慧水务与智能环保的重要技术支撑力量。
