化学的酸素要求量（COD）と濁度（TURB）はそれぞれ水体中の還元性有機物と懸濁物の含有量を代表し、水質汚染の重要なモニタリング指標である。

スペクトル分析方法は応答が鋭敏で、分析速度が速く、繰り返し性がよく、その中で紫外スペクトル法はその検出原理が成熟しているため、水中の有機物、懸濁物などの理化パラメータを間接的に反映することができ、それによって広く注目されている。実際の検出では、濁度散乱はCODの紫外吸収スペクトルに深刻な干渉を与え、スペクトル法の検出精度に影響を与える、

紫外分光法に対して化学的酸素要求量（COD）と濁度を同期的に検出する際に特徴的な結合とスペクトルピークの重なり干渉が存在し、さらに検出精度に深刻な影響を与える問題がある。水体中の多種汚染物の結合干渉解析と含有量測定を迅速、正確に実現することは野外水質のリアルタイムモニタリングに重要な意義がある。

検出原理：

水質検査の原理は各種の物理、化学と生物方法を通じて水サンプル中の汚染物と水質パラメータに対して定性と定量分析を行い、水体の清浄度と安全性を評価する。

一般的に、スペクトル法検出の原理は物質と光の相互作用に基づいている。光が物質に照射されると、物質中の分子や原子は特定の波長の光を吸収し、特徴的な吸収スペクトルを生成する。異なる物質は異なるスペクトル特徴を持つので、スペクトルを分析することによって水サンプル中の各種成分を識別し、定量することができる。

ランバービルの法則によると、平行光が均一な吸光物質を通過すると、溶液の吸光度Aは溶液中の吸光物質の濃度cと光路長lの積に比例する。すなわち：

A=ε･c･l

ここで、次の操作を行います。

Aは吸光度（Absorbance）、

εはモル吸光係数（Molar Absorptivity）であり、単位はL・molである⁻¹・cm⁻¹，

cは吸光物質の濃度であり、単位はmol・Lである⁻¹，

lは光路長であり、単位はcmである。

光路が一定である場合、特定の波長の光の吸収は、測定すべき成分の濃度に依存する。

吸収スペクトル以外にも、蛍光スペクトル法などの水中の化学物質を物質による光の励起または散乱特性に基づいて識別し、定量的に分析する方法が一部使用されている。特定の波長の光励起下で蛍光を発する物質の特性に基づいて、蛍光強度と波長を検出することによって物質の含有量を分析する。

実験的考え方：

常用水質指標：

• 化学的酸素要求量（COD）：水体中の還元性有機物含有量を代表する、

• 生物化学的酸素要求量（BOD）：水体中の微生物含有量を反映する、

• DOM：水体中の溶解有機物含有量、

• TOC：総有機炭素含有量、

• DOC：溶解有機炭素含有量、

• SAC：特定吸光係数、

• SSK：水溶性カリウム、

• 濁度：水体中の懸濁物含有量、

• アンモニア窒素、総リン、総窒素含有量、

水体中の異なる水質パラメータと成分に対応する吸収スペクトル区間が異なり、例えば硝酸塩、亜硝酸塩の吸収スペクトル区間が200 ~ 250 nm、低分子化合物、芳香族化合物、タンパク質、有機溶媒などのスペクトル区間が250 ~ 290 nm、濁度、総溶解固体区間が380 nmであるため、波長範囲が200 ~ 800 nmの紫外−可視分光計を用いて吸光度検出を行い、単波長吸光度検出の代わりに水体中の多種の物質の分布を鮮明に反映することができる。

測定原理：紫外可視吸収法（分光光度法）、蛍光スペクトル法

分光計型式：ATP 2000シリーズ（高信号対雑音比、高画素、高集積度）

従来の検出器は光電子増倍管と単波長走査機構を組み合わせ、体積が大きく、測定時間が長く、過渡過程分析に適応できない。相対的に言えば、マイクロ光ファイバ分光計は過渡的に全スペクトルを収集することができ、連続、リアルタイムの水質オンラインモニタリングを実現することができ、野外とオンライン測定にさらに適している。

分光計による吸光度の測定方法は、ある波長範囲の平行光をサンプルが入った比色皿を通過させ、透過した光束を検出することである。試料吸収前後のスペクトル比較により、この波長範囲に対する試料の吸収スペクトルを得ることができる。

紫外/可視範囲全体の吸収を測定し、化学量論モデルを構築することにより、水質中の多種のパラメータ含有量の同時検出を実現することができる。

スペクトル収集：

実験に用いたスペクトル収集システムはATP 2000 P分光計、ATG 1020パルスキセノンランプ、中間制御器、比色皿、光ファイバ減衰器及びディスプレイなどから構成される。

分光計の測定波長範囲は180 ~ 1000 nm、分解能は2.3 nm、信号対雑音比>500：1であった。

試料セルとして10 mm石英比色皿を用い、光ファイバ減衰器を通じてパルス光源の出力光パワーを調整し、吸収スペクトルの安定性を保証し、光飽和歪と波動雑音を回避する。

実験サンプル：COD標準溶液：国家非鉄金属及び電子材料分析試験センターが提供し、フタル酸水素カリウムを溶質とし、質量濃度は500 mg/Lである、

フォルマヒドラジン濁度標準溶液：杭州斉威計器有限公司提供、400 NTU、

スペクトルデータ収集：

異なる質量濃度勾配のCODと濁度標準溶液吸収スペクトルをそれぞれ採取した。

有効スペクトル範囲は180 ~ 400 nm、積分時間は9 ms、サンプリング間隔は500 ms、平均スキャン回数は20回である。サンプルごとにスペクトルデータを5回採取した後、平均値を取り、スペクトル図を以下に示す。

標準溶液の紫外吸収スペクトル、(a)COD;（b）濁度、

混合溶液の紫外吸収スペクトル、（a）COD＋濁度干渉、（b）濁度＋COD干渉、

各標準溶液サンプルのスペクトル線を比較すると、CODと濁度の主な吸収特徴は180 ~ 400 nmの範囲に集中していることがわかる。

1.COD特徴ピーク範囲は180 ~ 300 nmの間で、質量濃度の増加に伴い紫外スペクトル吸光度が徐々に増加し、2つの特徴吸収ピークが明らかに上昇した、

2.濁度スペクトル吸収特徴ピーク範囲は180 ~ 400 nmであり、濁度が大きくなるにつれて吸光度全体が大きくなる。

3.混合サンプルにおいて、濁度干渉増強はCOD吸収スペクトル線を上向きに上昇させ、主吸収ピークを右にシフトさせ、COD干渉増強は濁度吸収ピークを上向きに明らかに上昇させ、300 ~ 400 nmの区間で干渉の影響を受けない。

スペクトルデータ前処理：

スペクトル法の測定過程において、外部環境、測定条件及び機器自体の特徴は測定結果に大きな影響を与えるためである。収集された生データは通常、大量の冗長性と共線形データを含み、後期モデルの精度とデータ処理効率に顕著に影響する。この影響を軽減または除去するためには、通常、収集されたスペクトルデータを前処理する必要があります。とくせいはちょうせんたくおよび対応アルゴリズム最適化これにより、有効なスペクトルデータが得られ、モデルの検出精度と安定性が向上する。

特徴波長選択、(a)COD、（b）濁度、

お客様はSPAを通じて特徴波長を抽出し、スペクトルデータを簡略化し、無関係な冗長変数を排除し、干渉情報を大幅に削減した。SVRアルゴリズムによりパラメータ最適化を行い、最適化モデルを構築することに成功し、CODと濁度が同時に存在する特徴結合とスペクトルピーク重畳干渉を効果的に低減でき、水サンプル中のCOD含有量と濁度の正確な同期予測を実現でき、かつ低レンジ濁度溶液に対して同様に高い検出精度を持ち、CODと濁度紫外スペクトル法の同期検出を効果的に実現した。