被测水样中目标物浓度的测量方法以及水质监测设备与流程

本发明涉及溶液分析，更加具体地涉及一种被测水样中目标物浓度的测量方法以及水质监测设备。

背景技术：

1、朗伯比尔定律是光吸收的基本定律,是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。其公式如下：

2、a＝kbc＝lg(i0/it)

3、其中，a为吸光度，k为摩尔吸光系数，b为吸收层厚度，c为吸收物质浓度，i0为对照溶液测量的测光强度(一般为纯水)，it为样品测量的测光强度。

4、现有的被测水样目标物浓度的测量方法大多是按照上述公式进行计算的，测量时通过对纯水(零点)吸光度以及标准溶液的标准吸光度进行测量，绘制标准曲线。然后通过测量被测水样的吸光度来计算水样在上述校正曲线上的浓度值。

5、对于需要进行显色反应的浓度测试，按现有的计算公式如下:

6、

7、

8、

9、通过上述零点和标准吸光度的计算可以得出标准曲线，如图1所示，该标准曲线在零点处的吸光度始终在0点附近，对于无色澄清的溶液和水样，该标准曲线是比较准确的。

10、但是，对于试剂具有浊度或色度的情况下，试剂也会吸收特定波长范围内的光线，造成测量曲线的零点吸光度远大于0，测量曲线的整体相较于标准曲线产生一定的偏移，如图1中的测量曲线所示，从而导致计算得到的水样浓度也会有较大的误差。现有技术中虽然具有一些针对水样本身具有混浊的情况的测量方法，但这些测量方法无法用于补正试剂具有浊度或者色度的情况。

11、因此，需要一种改进的技术方案来解决现有目标物浓度的测量方法的以上问题。另外，现有的一些基于朗伯比尔定律对浓度的测试方法被应用于在线的水质监测设备中，这些在线的水质监测设备是摆放在监测点附近，自动采集水样、测量并将测量数据上传给监控中心的。如何构建一种目标物浓度的测量方法，能够将因为试剂的浊度和色度带来的误差自动化操作地予以消除，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述问题，本发明技术方案提供了一种目标物浓度的测量方法以及水质监测设备，能够消除反应试剂的浊度和色度产生的误差，得到更加准确的标准曲线，提高浓度测量的准确性。

2、本发明的第一方面提供了一种目标物浓度的测量方法，该目标物浓度的测量方法包括以下步骤：

3、零点预备液测定步骤，测量零点预备液的测光强度i1，零点预备液为纯水与反应试剂的混合液，反应试剂包括有色/混浊成分；

4、零点混合液测定步骤，测量零点混合液的测光强度i2，零点混合液为纯水、反应试剂和显色剂的混合液；

5、标准预备液测定步骤，测量标准预备液的测光强度i3，标准预备液为目标物的标准溶液与反应试剂的混合液；

6、标准混合液测定步骤，测量标准混合液的测光强度i4，标准混合液为标准溶液、反应试剂和显色剂的混合液；

7、样品预备液测定步骤，测量样品预备液的测光强度i5，样品预备液为被测水样与反应试剂的混合液；

8、样品混合液测定步骤，测量样品混合液的测光强度i6，样品混合液为被测水样、反应试剂和显色剂的混合液；

9、浓度确定步骤，根据i1,i2,i3,i4,i5和i6，确定被测水样中目标物的浓度。

10、根据该技术方案，本发明一方面提供的目标物浓度的测量方法通过将具有反应试剂的预备液代替现有技术中的纯水作为空白对照，当利用朗伯比尔定律计算吸光度时，分子中的零点预备液的测光强度i1、标准预备液的测光强度i3、和分母中加入显色剂显色后的零点混合液的测光强度i2、标准混合液的测光强度i4中均反映了试剂的色度和浊度的影响，从而在通过朗伯比尔定律计算吸光度时，分子分母相除，算出的吸光度就是去除试剂的色度和浊度误差的零点吸光度和标准吸光度，提高了测量的精确度。

11、进一步地，本发明提供的目标物浓度的测量方法还利用具有被测水样和反应试剂的样品预备液作为空白对照，当利用朗伯比尔定律计算样品吸光度时，分子中的样品预备液的测光强度i5和分母中的样品混合液的测光强度i6中不仅可以反映试剂的色度和浊度的影响因素，还可以反映被测水样的色度和浊度的影响因素，从而可以同时消除被测水样和试剂的色度和浊度导致的误差，得到准确的目标物在样品混合液中的样品吸光度，并根据零点吸光度和标准吸光度与目标物浓度之间的关系，计算得到样品吸光度对应的目标物的浓度值。

12、特别地，对于一些色度和浊度会随时间改变的试剂，由于零点吸光度和标准吸光度均消除了试剂的色度和浊度对测量结果的影响，从而即使试剂颜色改变，也无需再次进行测量校正，简化了测量和校正步骤，减少了试剂弃液。

13、作为优选的技术方案，标准溶液为目标物的量程标液。

14、根据该技术方案，量程标液中目标物的浓度为量程浓度，此时由标准预备液测光强度i3和标准混合液测光强度i4计算出的吸光度为目标物在量程浓度对应的量程吸光度，而通过对零点吸光度和量程吸光度的测量和计算，能够通过两点确定目标物的浓度与吸光度之间的关系，降低偶然误差对测量结果的影响。

15、作为优选的技术方案，浓度确定步骤包括：标准曲线确定步骤，根据零点预备液的测光强度i1和零点混合液的测光强度i2得到零点吸光度，根据标准预备液的测光强度i3和标准混合液的测光强度i4得到标准吸光度，根据零点吸光度和标准吸光度建立标准曲线。

16、根据该技术方案，由于目标物的浓度与吸光度之间的变化关系基本固定，所以通过建立反应目标物的浓度与吸光度之间的关系的标准曲线后，只需对样品预备液和样品混合液进行测定，而无需再次重复进行零点预备液测定步骤、零点混合液测定步骤、标准预备液测定步骤以及标准混合液测定步骤。

17、作为优选的技术方案，浓度确定步骤还包括：根据样品预备液的测光强度i5和样品混合液的测光强度i6得到样品吸光度，根据标准曲线得到样品吸光度对应的目标物的浓度。

18、根据该技术方案，标准曲线反应的是目标物浓度与吸光度之间的变化关系，而由本发明的测量方法所得到的标准曲线是去除了试剂的色度/浊度的影响的，样品吸光度也是去除了水样和试剂的色度/浊度影响的，根据样品吸光度在标准曲线上所对应的浓度值可以更加准确地确定被测水样中的目标物浓度。

19、作为优选的技术方案，在标准曲线确定步骤中，零点吸光度和标准吸光度的计算公式为

20、

21、

22、其中，a为稀释系数。

23、根据该技术方案，通过在标准溶液的吸光度计算公式中将加入了具有色/混浊成分的反应试剂的零点预备液、标准预备液的测光强度作为朗伯比尔定律中的分子i1、i3，可以在零点吸光度和标准吸光度计算时直接消除反应试剂中的有色/混浊成分对计算结果的影响。

24、其中，可以通过计算零点预备液/标准预备液与零点混合液/标准混合液之间的体积倍数得到稀释系数a，从而能够在吸光度的计算中进一步去除显色剂的添加对溶液的稀释造成的测量误差，提高吸光度测量的精确度。

25、作为优选的技术方案，在浓度确定步骤中，样品吸光度的计算公式为

26、

27、其中，a为稀释系数。

28、根据该技术方案，通过在样品吸光度计算公式中将被测水样和具有有色/混浊成分的反应试剂作为朗伯比尔定律中的分子i5，可以在样品吸光度计算时直接消除反应试剂中的有色/混浊成分以及水样的浊度和色度对标准溶液的吸光度计算结果的影响，相较于现有技术中将被测水样和加了显色剂的被测水样的吸光度计算出来再进行相减的技术方案，本发明提供的目标物浓度的测量方法的计算步骤更简略，而且可以有效降低由于试剂以及水样的色度和浊度改变而导致的测量误差。

29、其中，可以通过计算样品预备液与样品混合液之间的体积倍数得到稀释系数a，从而能够在吸光度的计算中进一步去除显色剂的添加对溶液的稀释造成的测量误差，提高吸光度测量的精确度。

30、作为优选的技术方案，通过在零点预备液中加入显色剂得到零点混合液；和/或通过在标准预备液中加入显色剂得到标准混合液；和/或通过在样品预备液中加入显色剂得到样品混合液。

31、根据该技术方案，可以直接对测定后的预备液中加入显色剂显色后得到混合液，从而可以进一步地降低测量时的废液率，简化测量步骤。

32、作为优选的技术方案，本发明提供的测量方法适用于钼蓝法测定被测水样中的正磷酸盐浓度。

33、根据该技术方案，采用钼蓝法测定被测水样中的正磷酸盐浓度时，需要在酸性被测水样中先加入钼酸铵生成磷钼酸铵，然后通过反应试剂对磷钼酸铵进行还原形成蓝色的磷钼蓝，而还原试剂由于其还原特性，容易发生氧化变色，而试剂的色度也会吸收光，从而对溶液的测光强度测量造成影响，而本发明提供的目标物浓度的测量方法，能够消除试剂的色度和浊度对测量结果的影响，从而即使还原试剂颜色改变，也无需再次进行测量校正，简化了钼蓝法测定被测水样中的正磷酸盐浓度过程中的测量和校正步骤，减少了试剂弃液。

34、本发明第二方面提供了一种水质监测设备，该水质监测设备包括：多个容器，分别存储有纯水、反应试剂、显色剂以及标准溶液；定量机构，与多个容器连通，用于定量输送多个容器内的液体；透光容器，与定量机构连通，用于容纳和混合定量机构输送的液体；测量机构，包括光源和光传感器，光源和光传感器隔着透光容器相对设置；处理器；存储器，存储有处理器可读指令，处理器可读指令由处理器运行后，控制水质监测设备执行上述任一技术方案中的目标物浓度的测量方法。

35、本发明的第三方面还提供了一种水质监测设备，该水质监测设备包括：零点预备液测定单元，用于测量零点预备液的测光强度i1，零点预备液为纯水与反应试剂的混合液，反应试剂包括有色/混浊成分；零点混合液测定单元，用于测量零点混合液的测光强度i2，零点混合液为纯水、反应试剂和显色剂的混合液；标准预备液测定单元，用于测量标准预备液的测光强度i3，标准预备液为目标物的标准溶液与反应试剂的混合液；标准混合液测定单元，用于测量标准混合液的测光强度i4，标准混合液为标准溶液、反应试剂和显色剂的混合液；样品预备液测定单元，用于测量样品预备液的测光强度i5，样品预备液为被测水样与反应试剂的混合液；样品混合液测定单元，用于测量样品混合液的测光强度i6，样品混合液为被测水样、反应试剂和显色剂的混合液；浓度确定单元，用于根据i1,i2,i3,i4,i5和i6，确定被测水样中目标物的浓度。

36、作为优选的技术方案，标准溶液为目标物的量程标液。