01 研究背景

在“碳中和”与“数字水务”时代，大规模、高频次、低成本的水质监测需求激增。与色谱、质谱等精密仪器相比，紫外分光光度计（UV-Vis）具备设备普及度高、维护门槛低、在线集成简易等优势，已成为地表水、地下水、自来水及工业/市政污水体系的“日常哨兵”。

02 紫外光度法的光谱基础

朗伯-比耳定律

$$A=\epsilon cl$$

为定量分析提供数学支撑；在 0.02 ≤ A ≤ 1.5 区间内线性最佳。

03 典型指标与检测模式

04 方法开发要点

1. 前处理

• 过滤/离心：去除 >0.45 µm 悬浮物，防止散射。

• 稀释：A 超 1.5 时稀释到 0.1-1 AU。

• 消解/萃取：重金属络合前需酸化、络合抑制干扰；TP 必须高温消解转化。

2. 双波长/比值校正
   硝酸盐 220 nm 主峰易被 DOM 干扰；使用 275 nm 作背景扣除：

   A220corr=A220−0.114 A275A_{220}^{corr}=A_{220} - 0.114\,A_{275}A220corr=A220−0.114A275

3. 空白与质控
   日常运行须引入“方法空白-低标-中标-高标”四级 QC；当漂移 > ±5 % 即需重建标曲。

4. 自动化实现

• 流动注射 (FIA-UV)：定量环+蠕动泵+混合线圈，实现 3-5 min/样。

• 光纤原位探头：穿透式或反射式比色管路，适合连续流体。

05 场景化应用解析

5.1 自来水厂进/出水

• UV_254 与 SUVA_{254}=UV_254/DOC 可判别消毒副产物形成潜势；< 2 L mg⁻¹ m⁻¹ 表示源水有机污染较低。

• 在线仪 5 min 更新一次，为臭氧-活性炭工艺投药量提供闭环控制。

5.2 城市污水厂

• COD_Cr(UV) 与常规重铬酸滴定线性相关 R²> 0.95，但检测时间从 2 h 缩至 10 min。

• 结合氨氮光度法可通过 SCADA 实现曝气鼓风机按需变频，年节电 8-12 %。

5.3 农业面源与河湖富营养

• NO₃⁻、TP 双指标同步在线，20 m 分辨监控洪峰期间养分负荷。

• NO₃⁻ 峰值先于 TP 出现，可判定主要污染为农田排水而非生活污水。

5.4 工业重金属排口

• Fe(III)-SCN⁻ 法 90 s 内给出结果；与 ICP-OES 周期 30 min 相比，可及时触发阀门联锁。

• Cr(VI) 自吸收法配合云端大数据，当 30 min 均值 > 0.05 mg L⁻¹ 自动推送环保部门。

5.5 饮用水应急事故

便携式 MEMS-UV（210-400 nm）+ 手机 AI 模型，10 s 内输出“可疑工业芳香物”风险等级，指导取样深度与溯源。

06 常见问题与对策

07 化学计量与 AI 助力

1. PLS-COD 模型：全谱 (190-800 nm) 建立 COD 预测方程，RPD> 2.5。

2. PCA-异常批识别：三主成分覆盖 98 % 信息量，一旦样点跳出 Hotelling T² 95 % 椭圆，即报警。

3. 深度学习谱图分割：卷积网络快速剔除噪声与浊度散射，提升低 COD 区间预测精度 20 %。

08 未来技术趋势

09 结语

紫外光度法以其“秒级响应+在线可集成”优势，已从传统实验室走向智慧水务与碳排放治理一线。未来，当 MEMS 器件、人工智能、低功耗通信与绿色前处理深度融合，它将继续扮演环境水质监测体系中的“第一道快筛”，与色谱、质谱共同完成“普查+确证”的分工协作，为水生态安全提供更加实时、精准、可负担的技术保障。