作為一種專用于水質(zhì)分析的特定儀器分析技術，和其他儀器分析技術一樣，水質(zhì)在線分析儀器檢測技術的理論基礎也是根據(jù)水中待測物質(zhì)的物理化學或者生物化學性質(zhì)來測定物質(zhì)的組成及相對含量。根據(jù)測定的方法原理不同，主要可以分為電化學分析、光學分析、色譜分析、其他分析方法等4大類。
電化學分析法(electroanalytical chemistry，也稱電分析化學法)，是建立在物質(zhì)在溶液中電化學性質(zhì)基礎上的一類分析方法，它是儀器分析方法中的一個重要分支。電化學分析測量系統(tǒng)是一個由電解質(zhì)溶液和電極構成的化學電池，通過測量電池的電位、電流、電導等物理量，實現(xiàn)對待測物質(zhì)的分析。根據(jù)測定電化學參數(shù)的不同，電化學分析法又分為電位分析法、庫侖分析法、伏安分析法(包括極譜分析法)、電導分析法等。
電化學分析法原理的在線水質(zhì)分析儀器，是出現(xiàn)最早和應用最普遍的一類在線水質(zhì)分析儀器。其中，既有較為簡單的傳感器形式的各種Ph/ORP(氧化還原電位)分析儀、電導率分析儀(目前在工業(yè)過程分析中應用十分普遍的酸堿鹽濃度計，也都大多是采用電導檢測原理的在線分析儀器)、極譜法溶解氧分析儀、基于離子選擇電極法的氨氮、氯離子、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮分析儀;也有結構比較復雜的自動化分析設備，如基于伏安分析法的各種重金屬分析儀，采用電位滴定原理的COD分析儀，高錳酸鹽指數(shù)分析儀，采用電導分析法的純水TOC(總有機碳)分析儀等。
光學分析法(optical analysis)，是以物質(zhì)發(fā)射或吸收電磁輻射以及物質(zhì)與電磁輻射相互作用(發(fā)光、吸收、散射、光電子發(fā)射等)來對待測樣品進行分析的方法?？梢苑譃楣庾V法和非光譜法兩大類。非光譜分析法，是基于物質(zhì)引起輻射的方向或物理性質(zhì)的改變，檢測被測物質(zhì)的某種物理光學性質(zhì)，進行定量、定性分析的方法，非光譜分析法不考慮物質(zhì)內(nèi)部能量的變化，包括了折射法、散射光法等。光譜分析法，是以光輻射能與物質(zhì)組成和結構之間的內(nèi)在聯(lián)系或者以光譜或波譜的測量為基礎，利用物質(zhì)的光譜特征，進行定性、定量及結構分析的方法。按物質(zhì)能級躍遷的方式，光譜分析法又分為三種基本類型：發(fā)光光譜法(包括分子熒光分析法、X射線熒光分析法等)、吸收光譜法(包括紫外可見分光光度法、紅外分光光度法等)以及散射光譜法(如最近比較熱門的拉曼散射光譜法)。
在線濁度分析儀是目前非光譜分析法在水質(zhì)在線分析技術最有價值的應用。濁度是水質(zhì)凈化處理最重要的關鍵性工藝參數(shù)，它既可反應水中懸浮物的濃度，同時又是人的感官對水質(zhì)最直接的評價，全球各國包括世界衛(wèi)生組織的飲用水標準都把濁度作為了一個必測的指標。濁度的測量原理是利用光的散射原理，當光束接觸到水中的懸浮物顆粒表面時，將會散射和吸收通過水樣的光線，散射光與入射光成90度直角時，散射光強度與濁度的大小成線性關系，通過檢測器測量散射光強度，同標準比較，就能獲得水樣的濁度值。目前市場上已經(jīng)有了數(shù)十種不同結構、不同量程、不同測試精度、不同安裝方式的在線濁度分析儀器產(chǎn)品，可以滿足從潔凈度極高的膜過濾水到高污染、高懸浮物水樣濁度的實時監(jiān)測。
目前，采用光譜分析法原理的水質(zhì)在線分析儀器是能夠測量水質(zhì)參數(shù)最多的一類儀器，這其中，既有采用經(jīng)典比色法原理的總磷分析儀、總氮分析儀、氨氮分析儀、SO2分析儀、六價鉻、銅等重金屬分析儀;也有X射線熒光分析法原理的鉛、砷分析儀;還有紫外熒光原理的水中油(多環(huán)芳烴)分析儀等。最近，隨著化學計量學和光譜學的發(fā)展，采用全光譜掃描方法，可一次分析十多種水質(zhì)參數(shù)的多參數(shù)在線水質(zhì)分析儀也得到越來越多的應用。
另外，隨著流動注射分析技術的出現(xiàn)和大量應用，也為提高“結構比較復雜的自動化分析設備或者裝置”這類在線水質(zhì)分析儀器的分析速度，實現(xiàn)儀器快速自動完成水樣采集、處理，試劑混合，乃至最終檢測提供了支撐。流動注射分析(Flow Injection Analysis，縮寫FIA)，是一種“非平衡態(tài)”化學分析技術，1974年由丹麥化學家魯齊卡(Ruzicka J)和漢森(Hansen E H)提出的一種創(chuàng)新的連續(xù)流動分析技術。這種技術是把一定體積的試樣溶液注入到一個連續(xù)流動的、無空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中，被注入的試樣溶液在反應管中形成一個反應單元，并與載流中的試劑混合、反應后，再進入到流通檢測器進行測定分析及記錄。整個分析過程中試樣溶液都在嚴格控制的條件下在試劑載流中分散，因此，只要待測水樣的注射方法，在管道中存留時間、溫度和分散過程等條件相同，不要求反應達到平衡狀態(tài)就可以按照比較的方法，通過標準溶液所繪制的工作曲線測出試樣溶液中被測物質(zhì)的濃度。
流動注射分析技術的應用，極大的提高了水樣分析速度。特別是隨著由具有良好耐腐蝕性能的聚乙烯、聚四氟乙烯等材料制成的微型管道系統(tǒng)的出現(xiàn)，儀器對樣品以及分析試劑的耐受性大大提高，擴展了儀器對分析方法的適應性，增加了可實現(xiàn)自動分析的水質(zhì)參數(shù)，采用流動注射技術的儀器小型化也成為現(xiàn)實。由于流動注射分析技術具有可以把吸光分析法、熒光分析法、比濁法和離子選擇電極分析法等諸多分析方法的流程實現(xiàn)在管道中完成、需要的試劑量小、易于自動連續(xù)分析的優(yōu)點，在水質(zhì)在線分析儀器領域得到了非常普遍的應用，幾乎被所有非傳感器形式的在線水質(zhì)分析儀器所采用。
最近以來，為滿足對水中多種微量成分的實時監(jiān)測，色譜原理的在線水質(zhì)分析儀器開始出現(xiàn)，在線離子色譜監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測水中高氯酸鹽和氯酸鹽、在線氣相色譜儀監(jiān)測水中VOCs(揮發(fā)性有機物)的都取得了成功的應用。
其他原理的在線水質(zhì)分析儀器中，生物技術原理的產(chǎn)品占據(jù)了很大的份額，其中，發(fā)光細菌法生物毒性監(jiān)測儀、微生物燃料電池監(jiān)測生化需氧量和毒性，核酸酶重金屬特異性反應監(jiān)測重金屬，酶底物法監(jiān)測大腸桿菌、ALP(堿性磷酸酶)法監(jiān)測細菌總數(shù)等原理和方法的在線水質(zhì)分析儀器最近幾年都開始得到市場的認可。
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