基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水資源關(guān)系到人類社會(huì)的生存與發(fā)展，是當(dāng)前世界各國(guó)共同關(guān)注的重大問題。我國(guó)是人均水資源短缺的國(guó)家，各大流域及重點(diǎn)水域的水資源環(huán)境安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻，已成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。在線水質(zhì)檢測(cè)是及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映水資源環(huán)境質(zhì)量和污染現(xiàn)狀的重要技術(shù)手段和科學(xué)依據(jù)，是制定切實(shí)可行的水資源環(huán)境保護(hù)與治理的重要前提和基礎(chǔ)，具有重要的戰(zhàn)略意義，受到了我國(guó)政府的高度重視。
　　 鑒于我國(guó)在線水質(zhì)檢測(cè)儀器科技落后難以滿足國(guó)家環(huán)境監(jiān)

2、測(cè)發(fā)展戰(zhàn)略需求的嚴(yán)峻形勢(shì)，在充分研究分析國(guó)內(nèi)外水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)、以及存在的問題基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)代水質(zhì)在線檢測(cè)與預(yù)警網(wǎng)絡(luò)對(duì)微小型、低功耗、多參數(shù)、高性能在線檢測(cè)儀器的迫切需求，圍繞水質(zhì)化學(xué)需氧量(chemical xygen demand，COD)、總磷、氨氮、六價(jià)鉻、鉛、陰離子表面活性劑(anionic surfactants，AS)和揮發(fā)酚等重要水質(zhì)參數(shù)在線檢測(cè)的目標(biāo)，提出了基于微型光譜儀連續(xù)光譜分析的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的思

3、想與方法；研究了基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)的理論與方法，突破了微小型多功能樣品檢測(cè)系統(tǒng)、在線樣品化學(xué)前處理控制系統(tǒng)、多參數(shù)順序檢測(cè)流路系統(tǒng)、控制與信號(hào)處理系統(tǒng)、水質(zhì)檢測(cè)光譜信號(hào)處理等關(guān)鍵技術(shù)；突破了常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)COD和總磷的高效快速消解與檢測(cè)；建立了在線水質(zhì)檢測(cè)光譜信號(hào)處理數(shù)學(xué)模型，基于光譜檢測(cè)雙波長(zhǎng)光強(qiáng)比值不變性，提出了光譜曲線校正系統(tǒng)誤差處理新方法，形成了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器信號(hào)處理系統(tǒng)；基于光譜分析理論與方法，解決了

4、用不同分析方法實(shí)現(xiàn)多參數(shù)水質(zhì)在線檢測(cè)的難題；采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，獲得了水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)的基本方法。成功研制出基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器樣機(jī)，進(jìn)行了與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室分析方法的對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明樣機(jī)達(dá)到了多參數(shù)水質(zhì)在線檢測(cè)的要求。論文主要研究工作是：
　　 ①在論文研究背景的基礎(chǔ)上，比較分析了現(xiàn)有多種水質(zhì)檢測(cè)方法的特點(diǎn)，面向光譜水質(zhì)檢測(cè)這一重要發(fā)展方向，系統(tǒng)而深入地研究了基于光譜分析的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器的國(guó)內(nèi)外

5、研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)，分析總結(jié)了存在的科學(xué)技術(shù)問題，提出了基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)新思想與新結(jié)構(gòu)。
　　 ②基于朗伯-比爾定律，研究了基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)理論與方法，針對(duì)COD、總磷、氨氮等水質(zhì)參數(shù)的快速在線光譜檢測(cè)，研究了高效樣品化學(xué)前處理與檢測(cè)方法，使COD、總磷、氨氮等水質(zhì)參數(shù)樣品檢測(cè)的特征吸收波長(zhǎng)均控制在光源光譜穩(wěn)定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，并且滿足微型光譜儀精確測(cè)量的要求；通過對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微型光譜儀檢測(cè)多項(xiàng)水質(zhì)

6、參數(shù)的可行性，奠定了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與方法。
　　 ③以微型可見光譜儀為核心，圍繞水質(zhì)檢測(cè)儀器的微型化與多參數(shù)在線檢測(cè)的需求，提出了基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)新結(jié)構(gòu)，突破了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)流路系統(tǒng)、微小型多功能樣品反應(yīng)檢測(cè)室、光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)、在線樣品化學(xué)前處理控制系統(tǒng)、控制與信號(hào)處理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，完成了儀器內(nèi)部布局與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制出基于微型光譜儀連續(xù)光譜分析的多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)。
　　

7、 ④研究分析了基于樣品化學(xué)前處理的在線水質(zhì)檢測(cè)光譜信號(hào)特征，建立了光譜信號(hào)處理的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)研究了水質(zhì)檢測(cè)光譜信號(hào)處理方法；基于光譜檢測(cè)雙波長(zhǎng)光強(qiáng)比值不變性，提出了光譜曲線校正動(dòng)態(tài)消除系統(tǒng)誤差的新方法，在基于小波多分辨率噪聲處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究分析了COD、總磷和氨氮等水質(zhì)參數(shù)樣品檢測(cè)吸收光譜的多特征波長(zhǎng)，結(jié)合多波長(zhǎng)光譜分析方法消除了水質(zhì)檢測(cè)濁度背景干擾，形成了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器信號(hào)處理系統(tǒng)。
　　 ⑤基于朗伯-比爾定律與水

8、質(zhì)檢測(cè)方法，通過實(shí)驗(yàn)摸索，系統(tǒng)研究并確定了滿足COD、總磷與氨氮等水質(zhì)參數(shù)準(zhǔn)確檢測(cè)要求的在線水樣化學(xué)前處理控制條件，成功突破了常溫常壓條件下水質(zhì)COD和總磷的高效快速消解與檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)；展開了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器樣機(jī)的自動(dòng)建標(biāo)測(cè)試、質(zhì)控測(cè)試、準(zhǔn)確性測(cè)試和重復(fù)性測(cè)試等實(shí)驗(yàn)研究，獲得了儀器的關(guān)鍵性能參數(shù)。
　　 ⑥針對(duì)地表水質(zhì)和污水排放水質(zhì)在線檢測(cè)，進(jìn)行了多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀器樣機(jī)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法的現(xiàn)場(chǎng)同步對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明樣機(jī)的檢