2022年12月電子報
水質在目前的產業，如：製藥廠、疫苗廠、食品廠等，都非常重要。而水質監測是供水公司管理飲用水供應的水質管理的重要組成部分。飲用水質量是自來水公司的一項關鍵績效指標，對公眾健康也很重要。自來水公司開發了水質管理系統來管理從集水區到自來水的供水，涵蓋水源、水處理和飲用水安全供應的分配系統。需要進行水質監測，以確保向消費者供應的水符合標準。水質測量包含：紫外-可見儀器、顏色、溶解有機碳 (DOC)、總有機碳 (TOC)、濁度和硝酸鹽。傳統上，飲用水處理的水質監測依賴於定期採樣程序（收集和運輸，然後進行實驗室分析），通常只能捕獲一段時間內的小快照，可能無法代表水質的真實變化。它還經常受到反饋延遲的影響，無法對水事故做出快速反應，因為使用標準實驗室方法進行水分析通常需要較長的處理時間，例如樣品預處理或添加試劑。傳統的監測方法也有更高的風險可能會錯過可能對水質和處理過程管理產生負面影響的水事件。相比之下，在線監測連續測量水質，允許隨時水質測量和過程控制。總之，在線水質監測可以通過實時評估源水和處理過的水質、識別污染物和控制處理過程來改進處理過程。當需要快速響應以優化過程時，以確保供水符合飲用水標準。
有許多成熟的水質傳感器，包括氯、總有機碳 (TOC)、濁度、電導率、溫度和 pH 傳感器，這些傳感器通常只測量一個水質參數。近年來，生物傳感器和光學傳感器這兩種主要類型的傳感器在監測方面受到了廣泛關注。生物傳感器主要基於螢光，用於檢測細菌、病毒等微生物。光學傳感器測量光吸收、光散射或螢光。光學傳感器的一個典型例子是濁度計。更先進的光學傳感器是紅外線、螢光和紫外-可見分光光度計。紅外光學傳感器可以連續測量波長大於 760 nm 的有機化合物，並可以分析液相或氣相的樣品。紅外光傳感器不常用於在線水質的水處理。螢光傳感器可以根據分子的螢光特性分析分子發出的螢光，從而連續確定溶解的有機物和水的微生物質量指標。UV-Vis 傳感器可以通過確定化合物吸收的光量來連續測量水質參數，例如 TOC 和溶解有機碳 (DOC)、顏色、硝酸鹽和專業參數。螢光和 UV-Vis 傳感器都不需要樣品預處理，無需試劑，可以快速測量，但 UV-Vis 傳感器可以測量多個參數，用於廢水處理、環境監測和飲用水應用的典型應用。
在線紫外-可見分光光度計正在成為在線水質監測和過程控制的流行選擇，因為它們不需要試劑，不需要樣品預處理，並且可以提供連續測量。與傳統的水質監測相比，在線 UV-Vis 傳感器的優勢在於它們可以捕獲事件並可以更快地響應水質變化。本綜述總結了過去二十年在線紫外-可見分光光度計在飲用水水質管理中的應用。為了通過提供更高水平的操作智能來增強該技術的可用性，紫外-可見光譜與化學計量學方法相結合提供了簡單性、靈活性和適用性。還討論了在水源或配水系統中使用異常檢測和預警進行飲用水質量監測。由於大多數飲用水領域的在線 UV-Vis 儀器研究都是在實驗室和中試規模下進行的，因此未來的工作需要採用適當的驗證方法進行工業規模評估。提供了與在線水質監測儀器相關的問題和潛在解決方案。
◉在線紫外-可見分光光度計
隨著光電探測器的發展，在線紫外-可見分光光度計的種類越來越多。根據不同的檢測技術和儀器設計開發的各種 UV-Vis 傳感器可用於水質監測和過程控制。紫外-可見分光光度法的原理是根據水中能吸收特定波長紫外-可見光的物質分子以及吸收光譜與物質濃度的相關性。這些傳感設備通常不需要樣品過濾，無需試劑，可以快速測量水質。表 1總結了常用的市售在線UV-Vis儀器。這些儀器主要有兩類：單波長（SW）和光譜（全波長或部分波長）。
通常，在比較全光譜傳感器和單波長傳感器的性能時，單波長傳感器可以提供特定時期內參數變化的測量值和趨勢，但可能無法準確補償粒子效應，尤其是在將結果與標準實驗室程序和測量值進行比較時。 SW 傳感器可能僅提供有機物含量以及硝酸鹽和亞硝酸鹽總氮含量的粗略替代測量，並且它們對大多數地表水沒有準確的顆粒補償。相比之下，光譜傳感器提供更好的粒子補償，並且可以更準確地校準到特定位置；它們更適合精確的應用，例如實時水監測和處理過程。
◉先進的光譜數據處理與應用
紫外-可見分光光度計可用於實時水質監測，並與預警系統集成以檢測快速變化的水質。可以監測水質參數，並提供預警，然後可以採取適當的措施。一個例子是監測泉水；當測量值超出測量參數的限制時，所關注的泉水將不會用於生產飲用水。紫外-可見光譜包含有關水的成分和質量的寶貴信息，可用作水基質的指紋。指紋可用於推導特定參數，例如濁度和 DOC。在線 UV-Vis 儀器具有指紋，也可用於監測水成分的變化，並提供了根據光譜變化幅度設置警報級別的可能性，以及供水公司的預警系統。 它是一種先進的光譜數據處理系統，可應用於異常檢測的預警和污染物的識別。在線紫外-可見儀器已被一些水務公司用於開發預警系統，以監測源頭或配水系統中的飲用水質量，作為飲用水質量管理系統的組成部分進行水質控制。它不僅可以檢測自然污染，還可以檢測意外或故意的污染。
◉紫外-可見分光光度計在水質管理系統中的應用與集成
在線紫外-可見分光光度計可以連續實時在線測量水質，作為飲用水水質管理系統的一部分，通過監測源水水質、處理過程和處理後的水，它們在飲用水網絡中具有廣泛的應用。使用在線紫外-可見儀器的趨勢越來越明顯，尤其是在水質監測和過程控制以及早期預警系統中。與傳統的水質監測相比，使用在線紫外-可見光儀器進行水質監測可以更好地管理水質，因為它支持水質的持續更新，可以檢測任何潛在的水質事件並提供及時的決策支持。在線 UV-Vis 儀器實時檢測問題以快速響應任何水質事件的能力對水質管理系統很有價值。它還允許實時了解操作原因，這反過來又有助於優化水處理過程。使用分光光度計進行在線水質監測可以快速有效地響應水質事件。圖3顯示了在線 UV-Vis 傳感器在實時水質監測和過程控制中的應用。
◉使用在線紫外-可見分光光度計的挑戰和解決方案
儘管許多研究表明在線紫外-可見光譜可以檢測水質變化，但實際應用仍然存在挑戰。使用在線儀器進行水質監測的標準和監管實踐也缺乏統一。由於現場環境複雜，主要問題之一是檢測限制。另一個問題是難以檢測水中某些污染物，例如懸浮物、溶解的無機物和病原微生物。使用在線儀器的大部分困難是由源水的高度挑戰性引起的。
UV-Vis儀器通常適用於對處理過的飲用水進行實時監測，因為乾擾較少。然而，他們在水源水質監測的現場應用中遇到了測量問題，特別是對於具有復雜化學成分的地表水。路徑長度的選擇與水基質有關。在沒有特定地點校準的情況下，由於水中其他元素干擾的吸收強度不同，DOC濃度的測定可能不准確。例如，吸光度測量會受到水源變化的影響。如果濁度或有機物等含量在儀器針對特定水基質進行校准後發生變化，則水質測量的準確性可能會受到影響。相應的實驗室數據應涵蓋用於校準儀器的特定地點水源的季節性變化。需要定期驗證在線測量以消除時間漂移並保持準確性。如果水基質變化很大並且缺乏專家的支持，粒子補償的重新校準可能會很複雜。
水務運營商在使用在線紫外-可見儀器時可能面臨各種挑戰，包括儀器維護、安裝、數據處理和參數性能的可變性。在線儀器安裝問題的一個例子是監測河水時碼頭陰極保護系統引起的加速探頭腐蝕問題。這個問題的解決方案是使用泵採樣系統來保護儀器免受腐蝕，減少淤泥和生物膜造成的污染並減少維護要求。
由於飲用水領域在線紫外-可見儀器的大多數研究都處於實驗室和中試規模，因此未來的研究還需要致力於將預警和實時水過程控制系統集成到水質管理中。
