NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ ĐO QUANG HỌC TRONG PHÂN TÍCH NƯỚC

Ngày đăng: 10/11/2026

4 Lượt xem

0 Đánh giá

Mục lục [Ẩn]

1. Khái niệm công nghệ đo quang học trong phân tích nước
2. Các nguyên lý đo quang học phổ biến

2.1. Đo độ hấp thụ và truyền qua ánh sáng
2.2. Đo ánh sáng tán xạ
2.3. Đo quang học phát quang

3. Ứng dụng trong phân tích và quan trắc chất lượng nước

3.1. Đo độ đục
3.2. Đo UV254 và SAC254

3.3. Quang phổ uv-vis và phương pháp đo màu

3.4. Đo oxy hòa tan bằng công nghệ LDO

4. So sánh và lựa chọn phương pháp đo quang học
5. Giải pháp phân tích nước bằng công nghệ quang học từ AQUACO
Kết luận

Công nghệ đo quang học được ứng dụng rộng rãi trong phân tích và quan trắc chất lượng nước nhờ khả năng cung cấp kết quả nhanh, hỗ trợ nhiều chỉ tiêu và phù hợp với phòng thí nghiệm, hiện trường lẫn hệ thống trực tuyến. Tùy mục tiêu phân tích, thiết bị có thể đo ánh sáng hấp thụ, truyền qua, tán xạ hoặc khai thác hiện tượng phát quang để xác định oxy hòa tan. Mỗi nguyên lý có phạm vi ứng dụng và yêu cầu vận hành riêng.

Hiểu đúng cách thiết bị tạo ra kết quả giúp người dùng lựa chọn phương pháp phù hợp, nhận diện yếu tố gây nhiễu và sử dụng dữ liệu chính xác hơn.

1. Khái niệm công nghệ đo quang học trong phân tích nước

Công nghệ đo quang học sử dụng sự tương tác giữa ánh sáng và mẫu nước để xác định đặc tính của mẫu hoặc nồng độ chất cần phân tích. Hệ thống thường gồm nguồn sáng, bộ phận lựa chọn bước sóng, khu vực tiếp xúc với mẫu, bộ thu và bộ xử lý tín hiệu.

Thiết bị ghi nhận sự thay đổi do hấp thụ, truyền qua, tán xạ hoặc phát quang rồi xử lý theo phương pháp, đường chuẩn hay thuật toán đã thiết lập. Kết quả còn phụ thuộc vào cấu hình quang học, hiệu chuẩn và nền mẫu. Công nghệ này được sử dụng trong máy đo độ đục, máy quang phổ uv-vis, cảm biến hấp thụ UV và cảm biến oxy hòa tan quang học.

2. Các nguyên lý đo quang học phổ biến

Các thiết bị có thể cùng sử dụng ánh sáng nhưng khai thác những tín hiệu khác nhau. Ba nhóm nguyên lý chính gồm hấp thụ và truyền qua, tán xạ và phát quang.

2.1. Đo độ hấp thụ và truyền qua ánh sáng

Khi chiếu ánh sáng qua mẫu, một phần ánh sáng bị hấp thụ, phần còn lại truyền qua hoặc bị tán xạ. Độ truyền qua được xác định theo công thức:

T = i/i₀

Trong đó, I₀ là cường độ ánh sáng tới và I là cường độ sau khi đi qua mẫu. Độ hấp thụ được tính theo quan hệ:

A = −log₁₀(t)

Trong điều kiện phù hợp, định luật beer–lambert mô tả quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ:

A = ε × b × c

Trong đó, ε là hệ số hấp thụ, b là chiều dài đường quang và c là nồng độ. Thiết bị thực tế thường xác định kết quả bằng đường chuẩn hoặc chương trình phương pháp. Nguyên lý này được dùng trong đo UV254, UV-Vis và đo màu; màu nền, hạt, bọt khí hoặc bám bẩn có thể gây ảnh hưởng.

2.2. Đo ánh sáng tán xạ

Tán xạ xảy ra khi ánh sáng tương tác với các hạt trong mẫu và thay đổi hướng truyền. Trong phép đo độ đục nephelometric, bộ thu thường được đặt ở góc 90° so với chùm sáng tới để ghi nhận ánh sáng tán xạ.

Cường độ tán xạ phụ thuộc vào số lượng, kích thước, hình dạng và đặc tính quang học của hạt. Vì vậy, độ đục không phải phép đo trực tiếp TSS. Muốn ước tính TSS từ độ đục, cần xây dựng tương quan riêng cho từng nguồn nước. Cấu hình thiết bị cũng phải phù hợp với tiêu chuẩn và đặc điểm mẫu.

2.3. Đo quang học phát quang

Nguyên lý phát quang được ứng dụng điển hình trong cảm biến oxy hòa tan LDO. Ánh sáng xanh kích thích lớp vật liệu phát quang trên đầu cảm biến; khi trở về trạng thái ban đầu, vật liệu phát ra ánh sáng đỏ.

Oxy làm thay đổi thời gian tồn tại của tín hiệu phát quang. Thiết bị đo sự thay đổi này để xác định nồng độ hoặc phần trăm bão hòa oxy. Cảm biến LDO không cần dung dịch điện ly và không tiêu thụ oxy khi đo, nhưng vẫn phải được vệ sinh, kiểm tra và thay nắp theo hướng dẫn.

3. Ứng dụng trong phân tích và quan trắc chất lượng nước

Khi sử dụng thiết bị quang học, cần phân biệt giữa tín hiệu được đo trực tiếp và kết quả được suy ra bằng phương pháp, đường chuẩn hoặc tương quan.

3.1. Đo độ đục

Máy đo độ đục xác định ánh sáng tán xạ bởi các hạt trong mẫu. Kết quả nephelometric có thể được biểu diễn bằng NTU hoặc FNU. NTU thường gắn với USEPA 180.1 sử dụng ánh sáng trắng, còn FNU thường gắn với ISO 7027 sử dụng ánh sáng hồng ngoại; cả hai có thể sử dụng góc đo 90°.

Dù cùng hiệu chuẩn bằng chuẩn formazin, NTU và FNU không phải lúc nào cũng cho kết quả tương đương trên mẫu thực vì bước sóng và cấu hình quang học khác nhau.

Độ đục được theo dõi trong nước nguồn, quá trình keo tụ - lắng, nước sau lọc, nước mặt và nước thải. Với thiết bị trực tuyến, bọt khí, cặn bám và vị trí lắp đặt có thể làm thay đổi tín hiệu nên cần vệ sinh và kiểm tra định kỳ.

3.2. Đo UV254 và SAC254

UV254 đo độ hấp thụ của mẫu tại 254 nm và thường dùng để theo dõi những hợp chất hữu cơ có khả năng hấp thụ tia UV. Phép đo không phản ánh toàn bộ chất hữu cơ vì nhiều hợp chất hấp thụ yếu tại bước sóng này.

SAC254 là hệ số hấp thụ phổ tại 254 nm đã được chuẩn hóa theo chiều dài đường quang và thường được biểu thị bằng m⁻¹. Đây là đại lượng nền tảng của một số cảm biến UV trực tuyến.

UV254 và SAC254 không đo trực tiếp COD hoặc TOC. Nếu thiết bị hiển thị các giá trị này từ tín hiệu quang học, cần kiểm tra hoặc xây dựng tương quan theo nền mẫu và đánh giá lại khi nguồn nước thay đổi. Độ đục, màu mẫu và bám bẩn cửa sổ quang học cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả.

3.3. Quang phổ uv-vis và phương pháp đo màu

Máy quang phổ uv-vis đo độ hấp thụ tại một bước sóng hoặc quét qua một dải bước sóng. Trong phân tích nước, thiết bị có thể đo tín hiệu hấp thụ trực tiếp hoặc kết hợp thuốc thử để tạo sản phẩm có màu đặc trưng.

Trong phép đo màu, chất cần phân tích phản ứng với thuốc thử; thiết bị đo độ hấp thụ và xác định nồng độ bằng đường chuẩn hoặc chương trình phương pháp. Phosphat, nitrit, nitrat và amoni có thể được phân tích theo các phương pháp tương ứng. Tổng photpho hoặc tổng nitơ có thể cần phá mẫu trước khi tạo màu. Kết quả còn phụ thuộc vào dải đo, thuốc thử, xử lý mẫu và chất gây nhiễu.

3.4. Đo oxy hòa tan bằng công nghệ LDO

Cảm biến LDO được sử dụng trên máy cầm tay, thiết bị phòng thí nghiệm và hệ thống trực tuyến để theo dõi nước mặt, nước cấp, nuôi trồng thủy sản, quá trình công nghiệp và bể sinh học. Kết quả DO liên quan đến nhiệt độ, áp suất và độ mặn nên thiết bị cần được cấu hình phù hợp. Bùn hoặc màng sinh học bám trên nắp cảm biến cũng có thể gây sai lệch.

4. So sánh và lựa chọn phương pháp đo quang học

Không có một công nghệ phù hợp cho mọi chỉ tiêu và nền mẫu. Phạm vi điển hình của các phương pháp được tóm tắt như sau:

Phương pháp	Tín hiệu chính	Mục tiêu điển hình	Thuốc thử	Thiết bị thường gặp
Độ đục	Ánh sáng tán xạ	Đánh giá độ đục do các hạt	Thường không cần	Máy để bàn, cầm tay, cảm biến trực tuyến
UV254/SAC254	Hấp thụ tại 254 nm	Theo dõi hợp chất hữu cơ hấp thụ UV	Không cần	Cảm biến UV trực tuyến
UV-Vis và đo màu	Hấp thụ tại một hoặc nhiều bước sóng	Phân tích chỉ tiêu theo phương pháp	Tùy phương pháp	Máy quang phổ, máy đo màu
LDO	Thời gian phát quang	Đo oxy hòa tan	Không cần	Máy cầm tay, để bàn, cảm biến trực tuyến

Trước khi lựa chọn, cần xác định chỉ tiêu, mục đích sử dụng dữ liệu và hình thức đo. Màu, chất rắn, dầu mỡ, bọt khí và khả năng bám cặn là cơ sở lựa chọn dải đo, đường quang, phương án lấy mẫu và cơ chế làm sạch. Đồng thời cần xem xét hiệu chuẩn, bảo trì, vật tư tiêu hao, tích hợp dữ liệu và tính đại diện của vị trí đo.

5. Giải pháp phân tích nước bằng công nghệ quang học từ AQUACO

AQUACO là đại lý ủy quyền của HACH tại việt nam, cung cấp thiết bị phục vụ đo tại hiện trường, phân tích phòng thí nghiệm và giám sát trực tuyến. Giải pháp đo độ đục gồm máy cầm tay, máy để bàn và cảm biến trực tuyến tùy dải đo, mẫu nước và tiêu chuẩn áp dụng. Đối với hấp thụ UV, cảm biến HACH UVAS plus sc đo đại lượng SAC254 và có thể hiển thị thông số tương quan khi điều kiện ứng dụng phù hợp.

Máy quang phổ HACH DR6000 hỗ trợ quét vùng UV và khả kiến, đồng thời tích hợp hơn 250 chương trình phương pháp cho nhiều chỉ tiêu nước và nước thải. Công nghệ HACH LDO được triển khai trên các nền tảng cầm tay, để bàn và cảm biến quá trình để kiểm tra, đối chiếu hoặc theo dõi oxy hòa tan liên tục.

AQUACO hỗ trợ đánh giá nền mẫu, mục tiêu sử dụng dữ liệu, vị trí đo, phương án lấy mẫu, yêu cầu vệ sinh và khả năng kết nối hệ thống. Lựa chọn đúng cấu hình ngay từ đầu giúp nâng cao độ tin cậy của dữ liệu và hạn chế chi phí phát sinh trong quá trình vận hành.

Kết luận

Công nghệ đo quang học trong phân tích nước gồm các nguyên lý hấp thụ và truyền qua, tán xạ và phát quang. Những nguyên lý này được ứng dụng để đo độ đục, theo dõi UV254/SAC254, phân tích bằng uv-vis và xác định oxy hòa tan bằng LDO.

Để kết quả có giá trị, người sử dụng cần hiểu đại lượng được đo, phương pháp chuyển đổi tín hiệu và các yếu tố nền mẫu có thể gây nhiễu. Doanh nghiệp có thể liên hệ AQUACO để được tư vấn giải pháp phù hợp với chỉ tiêu, đặc điểm mẫu và điều kiện vận hành thực tế.

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ AQUA