基于紫外线透过率和导电率来检测水质的原理综述
随着社会经济发展、人口的增长、城市化建设进程加快，我国的水环境污染问题越来越严重，尤其对居民饮水问题造成非常大的影响。最主要的是有机污染为主，追溯污染源主要有工业废水、农业废水、生活污水及其他等。因此水质检测的检测结果是否准确及是否有反映污染程度，检测的原理就非常重要了。本文将从水质检测分析方法、针对紫外线透过率和电导率检测水质的原理进行阐述。
一、水中污染物检测分析方法
我国水环境污染以有机污染为主。有机污染物种类繁多，组成复杂，难以用确定的组分表示水中各种有机污染物的含量。目前，多用有机物综合指标，如化学需氧量(COD) 、总有机碳(TOC) 来间接表示水中有机污染物的含量。化学需氧量(COD)是水体中受还原性物质污染的综合性指标，反应水中有机物污染的程度。总有机碳(TOC)是以碳的含量表示水体中有机物总量的综合指标，反应水中有机物的总含量。
另外就是检测水中溶解性总固体(TDS)，溶解性总固体是指水样经过过滤后，在一定温度下烘干，所得的固体残渣的含量，包括不易挥发的可溶性盐类、有机物及能通过过滤器的不溶性微粒等, TDS不能表示水质的污染程度，只能表示溶解性固体的含量。TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。总体来说，只有TDS结合COD和TOC，才能反应水质的纯净度和污染程度，才能更全面反应水质的好坏。
对此，我国卫生部制定的GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中规定，生活饮用不中化学需氧量(COD)<3mg/L，总有机碳(TOC) <5mg/L，溶解性总固体<1000mg/L。
二、紫外线透过率测量UV275，COD，TOC原理
该原理是基于水中部分有机物在UVC波段紫外线下的吸光度不同，判定水中各类大分子有机化合物的含量。总体过程是检测水的紫外线透过率，再计算UV275和COD及TOC值。
（一）紫外线透过率原理
紫外线透过率测量过程如下：先选定某一溶剂作为标准溶液（一般以纯净水为标准溶液），设定其紫外线透过率为100%，被测试样的紫外线透过率是相对于标准溶液而言的，即让单色光分别通过被测试样和标准溶液，二者能量的比值就是在一定波长下对于被测试样的紫外线透过率，是一种相对测量原理。透光率计算公式如下：
T = I/I0
公式中：I0 -- 为透过标准溶液后的光强，
I -- 为透过被测试样后的光强。
下面以林上透过率仪作为实验仪器，进行实验，仪器定制了峰值波长为275nm的UVC LED作为光源，紫外线接收探头的光谱响应范围为230nm ~ 315nm，外接显示数据的人机界面。
1、校准标准溶液的透光率为100%：容器采用高透石英比色皿，比色皿光程1cm，标准溶液采用蒸馏的纯净水，手动将仪器校准为100%；
2、测量试样溶液的透光率：将被测试样放入光源和探测器之间，直接可测试出试样透光率，由下图得出，该溶液的透光率为42.72%。
（二）紫外透过率转化为UV275
UV275指用275 nm紫外光为光源下，1 cm光程的比色皿，以纯水为参比的紫外吸收值。
首先可通过透过率值计算溶液的相较于纯水的吸光度值。当275nm紫外光通过含待测物质溶液时，其吸光度A被定义为透过率(T)的负对数，即
A = -lgT = lg(I0/I)
UV275指用275 nm紫外光为光源下，1 cm光程的比色皿，以纯水为参比的紫外吸收值。
UV275 = A/L
公式中：A -- 吸光度值
L -- 待测物质溶液的透光光程(即光经过溶液的距离)
上述实验中L=1cm，即UV275 = A，UV275越大，表示水中有机物含量越多。
（三）吸光度转化为COD和TOC
1、吸光度转化为COD值
根据朗伯一比耳定律，得
A = KLC
公式中：C -- 为物质浓度,
K -- 为吸收系数，
L -- 为透光的光程(即光经过溶液的距离）
由于其光程L即为比色皿的厚度，其值是固定的，所以，可以得到
A = K0C
即溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比。K0是已知常数，测量出吸光度就可以计算出溶液中吸光物质的浓度。
因为化学需氧量COD表示水中有机物含量的综合指标，与紫外吸光物质的浓度相关，与A在一定的范围呈线性关系，所以，测量出吸光度A就可以计算出化学需氧量COD。
2、COD值计算TOC值
所有溶液中的有机物，其COD/TOC比值应该是不变的。关于不同地域和不同类型的实际废水中COD与TOC函数关系的学术研究，已公开的文献很多。一致认为：在一定的浓度范围内呈很好的线性关系，表达式为：COD = a + b TOC，其关系系数a、b值可根据实验获得。关系系数固定 ，即可通过COD直接计算出TOC。
详情可参考王德名的《水体TOC与CODCR, BOD5, CODMN相关性研究》、马永才的《TOC与高锰酸盐指数(CODMn)及CODcr的相关关系》、陈鸣的《区域地表水TOC与CODCR及CODMn相关性研究》等文献。
三、电导率测量TDS原理
溶解性总固体(TDS)与溶液中各种离子的电导率存在相关关系，同时电导率受温度影响较大。该原理是通过测量溶液的电导率，加以温度补偿系数，计算出溶液的TDS值。
（一）电导率测量原理
由于电导是电阻的倒数，因此当电极位于溶液中，可以测出两电极间的电阻R，根据欧姆定律，温度一定时，这个电阻值与电极间的间距L(cm)成正比，与电极的截面积A(cm2)成反比，即：
R = ρL/A
由于电极面积A和间距L都是固定不变的，故L/A是一个常数，称为电导池常数(以Q表示)，比例常数ρ称作电阻率，其倒数1/ρ称为电导率，以K表示
K = Q/R
当已知电导池常数，并测出电阻后，即可求出电导率。电导池常数一般通过测量电导率准确已知的标准物质的电导，用相对测量方法确定电导池常数。
（二）电导率转化为TDS
溶液的电导率等于溶液中各种离子电导率之和，电导率与溶解性总固体之间存在着相关关系，而且相关关系显著。对于多数天然水，溶解总固体与电导率之间的关系可用下面的经验公式估算。
TDS = (0.55~0.70)*K
公式中：TDS -- 水中溶解性固体
K -- 为25℃ 时水的电导率，系数0.55~0.70随不同水质而异
电导率的测定简便、迅速，重现性、稳定性好，可通过测定电导率，按一定的比例推算水中溶解性总固体的量，分析工作简便且快速，得到的结果又更为准确，具有较高的实用性。
TDS与电导率之间关系详情可参考王学艳,张忠萍的《基子电导率与TDS及全盐量的关系研究》文献。
（三）温度修正
水的电导率随温度升高而增加。水温每升高1℃，电导率增加25℃时的2%左右。为使测量准确，测量仪器一般还带有温度传感器，用于实现对电导率的温度补偿，使测量结果更准确。
总体来说，只依据TDS数据不能判断水质的污染程度，只有TDS结合COD和TOC综全判断，才能更全面的反应水质情况。