一、引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生活和生產(chǎn)活動過程排入到環(huán)境中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)約有50多萬種，人們賴以生存的自然環(huán)境日趨惡化。傳統(tǒng)的以人工現(xiàn)場采樣、實驗室儀器分析為主要手段進(jìn)行環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測模式，存在監(jiān)測頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測數(shù)據(jù)分散、不能及時反映污染變化狀況等缺陷，難以滿足政府和企業(yè)進(jìn)行有效水環(huán)境管理的需求。既影響環(huán)境管理的科學(xué)決策和執(zhí)法的嚴(yán)肅性，又挫傷企業(yè)治理污染保護(hù)環(huán)境的積極性。因此，只有對環(huán)境水質(zhì)實施全天候自動監(jiān)測，實時動態(tài)地將數(shù)據(jù)傳遞給在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺匯總整理，才能使監(jiān)測數(shù)據(jù)具有客觀性、科學(xué)性，以便隨時抽調(diào)分析評價水資源的質(zhì)量狀況及其變化規(guī)律，為各級環(huán)保部門對環(huán)境污染有效預(yù)防、控制和治理以及環(huán)境決策提供準(zhǔn)確依據(jù)，為國家和各級政府開發(fā)利用、管理與保護(hù)水資源提供科學(xué)依據(jù)。

為滿足國家水環(huán)境在線監(jiān)測的政策需求，把握水質(zhì)在線監(jiān)測領(lǐng)域的新興市場機(jī)會，聚光科技（杭州）有限公司結(jié)合多年過程分析和環(huán)境安全檢測儀表開發(fā)經(jīng)驗，不斷開拓和積累新分析技術(shù)能力，形成全譜法水質(zhì)分析技術(shù)、熒光分析技術(shù)、在線順序注射分析技術(shù)、無汞伏安溶出分析技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌法綜合毒性分析技術(shù)等多個技術(shù)平臺，成功推出系列化的水質(zhì)在線分析儀表，并成功應(yīng)用于污染源水質(zhì)在線監(jiān)測、地表水水質(zhì)在線監(jiān)測、飲用水水質(zhì)在線監(jiān)測、工業(yè)過程水水質(zhì)在線監(jiān)測等領(lǐng)域，積累了豐富的現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗。

二、直接光學(xué)法分析技術(shù)

直接光學(xué)法分析技術(shù)檢測過程不使用和消耗有毒有害化學(xué)試劑，從而不存在化學(xué)試劑二次污染問題，還大大延長了在線儀表的維護(hù)周期。此外，快速的直接檢測實現(xiàn)了真正意義上的連續(xù)實時監(jiān)測。因而基于直接光學(xué)法分析技術(shù)的在線分析儀表倍受用戶青睞。國家環(huán)境保護(hù)總局于2005年下半年發(fā)布了關(guān)于UV法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有效的推進(jìn)了UV法水質(zhì)在線分析儀在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。

1、全光譜分析技術(shù)

全光譜分析技術(shù)是一種利用水樣中的硝酸根、亞硝酸根、懸浮物或有機(jī)物在紫外可見波長范圍內(nèi)對入射光的吸收或散射作用強(qiáng)度間接獲取水質(zhì)參數(shù)的光學(xué)分析技術(shù)。全光譜分析技術(shù)首先借助化學(xué)計量學(xué)方法技術(shù)對基礎(chǔ)的水樣光譜和其檢測因子標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行關(guān)聯(lián)建立校正模型，然后基于該校正模型對待側(cè)水樣的吸收光譜進(jìn)行預(yù)測，得到待測樣品中的目標(biāo)參數(shù)，其過程如圖1所示。

聚光科技基于該技術(shù)平臺開發(fā)了SWA-2000系列水質(zhì)在線分析儀，并成功應(yīng)用于地表水、工業(yè)過程水、污染源廢水的COD、硝氮、亞硝氮、色度、濁度、懸浮物等多項水質(zhì)參數(shù)的自動在線連續(xù)監(jiān)測。圖2為SWA-2000型水質(zhì)COD在線分析儀在某企業(yè)排放口的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與國標(biāo)方法的抽樣比對，結(jié)果表明基于全光譜法的SWA-2000型水質(zhì)COD在線分析儀具有良好的準(zhǔn)確性，能夠準(zhǔn)確地連續(xù)監(jiān)測排放口的水質(zhì)動態(tài)變化過程。

2、熒光分析技術(shù)

水體中的葉綠素a、藍(lán)綠藻蛋白、石油類、多環(huán)芳烴類等化合物在特定波長激發(fā)光照射下會發(fā)射出一種比激發(fā)光波長要長的光，即發(fā)生熒光現(xiàn)象。當(dāng)照射的激發(fā)光強(qiáng)度一定時，化合物發(fā)射的熒光強(qiáng)度與其濃度成正比，因此可利用化合物的熒光特性來檢測其在水樣中的含量，熒光檢測裝置的原理示意圖如圖3所示。該技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好等特點，在水質(zhì)在線分析中頗受歡迎。聚光科技基于該技術(shù)開發(fā)了FO-2000型水中油在線分析儀、FC-2000型葉綠素在線分析儀、FDO-2000型溶解氧在線分析儀等多款水質(zhì)在線分析儀表。該類儀表具有無需采樣原位分析、無需試劑環(huán)境友好、快速檢測實時響應(yīng)、選擇性好靈敏度高、連續(xù)分析無人值守等眾多特點，能夠滿足地表水、化工凝結(jié)水、發(fā)酵液等多種應(yīng)用場合的連續(xù)在線監(jiān)測。

三、在線順序注射分析技術(shù)

順序注射分析（Sequential Injection Analysis，SIA）是由Ruzicka和Marshall提出的一種新型注射分析技術(shù)，開創(chuàng)了全自動分析的新領(lǐng)域。聚光科技通過技術(shù)吸收和創(chuàng)新，成功開發(fā)適用于水質(zhì)在線分析的在線順序注射分析平臺，并基于該平臺成功開發(fā)了COD-2000型化學(xué)需氧量在線分析儀、TOC-2000型總有機(jī)碳在線分析儀、IMN-2000型高錳酸鹽指數(shù)在線分析儀、NH3N-2000型氨氮在線分析儀、TP-2000型總磷在線分析儀、TN-2000型總氮在線分析儀、CR-2000型六價鉻在線分析儀、TCR-2000型總鉻在線分析儀、SIA-2000-Cu-型銅在線分析儀、SIA-2000-Ni型鎳在線分析儀、VPC-2000型酚在線分析儀、CN-2000型氰化物在線分析儀等一系列的水質(zhì)在線分析儀。

順序注射分析平臺的核心是采用高精度注射泵作為液體輸送和計量單元，多通道選向閥作為試劑流路的切換器件。此外還在泵和閥之間增加了一段儲存管，避免了樣品和化學(xué)試劑進(jìn)入注射泵而損壞注射泵。工作時，首先注射泵活塞向下運動，順序地將相應(yīng)體積的水樣和試劑從多通道選向閥的不同通道經(jīng)過公共通道吸入到儲存管中。然后注射泵反向運轉(zhuǎn)，將這些溶液輸送至反應(yīng)單元進(jìn)行條件反應(yīng)并檢測。平臺原理圖如圖4所示。

采用順序注射分析平臺的在線監(jiān)測儀整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，平臺通用性高，往往只須稍微調(diào)整控制程序即可在同一儀器平臺上進(jìn)行其他指標(biāo)檢測的應(yīng)用研究。儀表可以采用標(biāo)準(zhǔn)方法的測量原理和參數(shù)條件，從而獲得準(zhǔn)確可靠的分析結(jié)果。儀表采用高精度的注射泵和多通道選向閥進(jìn)行流體控制，使儀器的集成化和微型化程度都高于其他技術(shù)平臺的在線分析儀。此外只有在樣品分析時，注射泵才驅(qū)動試劑和載流進(jìn)入流路，從而降低了試劑的消耗量，更能滿足長時間的在線連續(xù)監(jiān)測的需求。

四、無汞伏安溶出分析技術(shù)

伏安溶出分析技術(shù)首先在工作電極上施加一定的電勢使被測金屬沉積于工作電極的表面，然后對工作電極進(jìn)行電壓掃描，使沉積在電極表面的金屬元素溶出，并產(chǎn)生與金屬元素濃度相對應(yīng)的溶出電流峰信號（圖5），從而計算得到被測組分的濃度，分析過程施加的電壓如圖6所示。但傳統(tǒng)的伏安溶出分析需要采用滴汞或者懸汞電極作為工作電極，分析操作過程對用戶和環(huán)境存在潛在威脅，其在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大的限制。聚光科技借鑒國外最新研究進(jìn)展，通過二次創(chuàng)新，成功研制綠色的使用于在線水質(zhì)分析的無汞伏安溶出分析技術(shù)，并開發(fā)了HMA-2000系列水質(zhì)重金屬在線分析儀。該系列重金屬在線分析儀采用對環(huán)境友好無害的鉍膜電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汞電極，有效消除了儀表自身的汞污染問題，并能夠達(dá)到與汞電極一致的檢測靈敏度，適用于包括地表水、飲用水、污染源排放廢水、工業(yè)過程水等多種水樣的鉛、鎘、砷、汞等重金屬含量在線監(jiān)測。

五、綜合毒性分析平臺

常規(guī)的化學(xué)分析方法每次只能單獨檢測特定的某種毒性物質(zhì)，而且檢測下限往往達(dá)不到許多毒性污染物質(zhì)的實際濃度，另外分析過程耗時長，因而難以實現(xiàn)對水體包含的污染物綜合毒性的快速檢測和評價，也無法綜合準(zhǔn)確地了解水質(zhì)變化狀況。采用以發(fā)光細(xì)菌作為指示物的生物分析技術(shù)，可以快速地檢測水質(zhì)綜合急性毒性，可以很好地彌補(bǔ)常規(guī)化學(xué)法的缺陷，并能實現(xiàn)對水質(zhì)的快速連續(xù)在線檢測。與其他利用大型蚤或者魚等動物的毒性分析技術(shù)相比，基于發(fā)光細(xì)菌光抑制的生物法具有檢測速度快、成本低、日常維護(hù)簡單等優(yōu)點，在歐美發(fā)達(dá)國家已有廣泛應(yīng)用。聚光科技結(jié)合當(dāng)前的水質(zhì)綜合毒性在線監(jiān)測市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，推出了基于發(fā)光細(xì)菌的TOX-2000型水質(zhì)綜合毒性在線分析儀。該分析儀參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，以費希爾弧菌（Vibrio Fischeri）暴露于被測樣品前后的發(fā)光抑制率來評價被測樣品的急性綜合毒性，能夠?qū)λw中ppb濃度級的殺蟲劑、除草劑、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、重金屬、生物毒素等毒物做出高靈敏的響應(yīng)，當(dāng)檢測到水體的綜合毒性超出設(shè)定閾值時輸出報警。

六、結(jié)語

聚光科技通過對市場需求分析和技術(shù)吸收創(chuàng)新，建立了全譜法水質(zhì)分析、在線順序注射分析、無汞伏安溶出分析、發(fā)光細(xì)菌法綜合毒性分析等多種技術(shù)平臺，基于上述技術(shù)平臺開發(fā)了一些了水質(zhì)在線分析儀表，形成完整的產(chǎn)品組合和解決方案，并成功應(yīng)用于污染源排放廢水、地表水、飲用水、工業(yè)過程水等多個領(lǐng)域的水質(zhì)在線連續(xù)監(jiān)測。上述新監(jiān)測技術(shù)和在線監(jiān)測儀表的推廣應(yīng)用對提升國內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量的在線監(jiān)測水平，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，節(jié)能減排和安全控制等均將產(chǎn)生重要的推動作用。

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