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

1、水資源關(guān)系到人類社會的生存與發(fā)展，是當(dāng)前世界各國共同關(guān)注的重大問題。我國是人均水資源短缺的國家，各大流域及重點水域的水資源環(huán)境安全形勢十分嚴(yán)峻，已成為國家經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。在線水質(zhì)檢測是及時、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，受到了我國政府的高度重視。
　　 鑒于我國在線水質(zhì)檢測儀器科技落后難以滿足國家環(huán)境監(jiān)

2、測發(fā)展戰(zhàn)略需求的嚴(yán)峻形勢，在充分研究分析國內(nèi)外水質(zhì)檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、以及存在的問題基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)代水質(zhì)在線檢測與預(yù)警網(wǎng)絡(luò)對微小型、低功耗、多參數(shù)、高性能在線檢測儀器的迫切需求，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)檢測的理論與方法，突破了微小型多功能樣品檢測系統(tǒng)、在線樣品化學(xué)前處理控制系統(tǒng)、多參數(shù)順序檢測流路系統(tǒng)、控制與信號處理系統(tǒng)、水質(zhì)檢測光譜信號處理等關(guān)鍵技術(shù)；突破了常溫常壓條件下實現(xiàn)對水質(zhì)COD和總磷的高效快速消解與檢測；建立了在線水質(zhì)檢測光譜信號處理數(shù)學(xué)模型，基于光譜檢測雙波長光強比值不變性，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)檢測儀器信號處理系統(tǒng)；基于光譜分析理論與方法，解決了

4、用不同分析方法實現(xiàn)多參數(shù)水質(zhì)在線檢測的難題；采用理論與實驗相結(jié)合的方法，獲得了水質(zhì)多參數(shù)檢測的基本方法。成功研制出基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測儀器樣機(jī)，進(jìn)行了與國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室分析方法的對比測試實驗，測試結(jié)果表明樣機(jī)達(dá)到了多參數(shù)水質(zhì)在線檢測的要求。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)檢測方法的特點，面向光譜水質(zhì)檢測這一重要發(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)檢測儀器的國內(nèi)外

5、研究現(xiàn)狀與趨勢，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)檢測理論與方法，針對COD、總磷、氨氮等水質(zhì)參數(shù)的快速在線光譜檢測，研究了高效樣品化學(xué)前處理與檢測方法，使COD、總磷、氨氮等水質(zhì)參數(shù)樣品檢測的特征吸收波長均控制在光源光譜穩(wěn)定的波長范圍內(nèi)，并且滿足微型光譜儀精確測量的要求；通過對比測試實驗驗證了微型光譜儀檢測多項水質(zhì)

6、參數(shù)的可行性，奠定了多參數(shù)水質(zhì)檢測系統(tǒng)設(shè)計的理論與方法。
　　 ③以微型可見光譜儀為核心，圍繞水質(zhì)檢測儀器的微型化與多參數(shù)在線檢測的需求，提出了基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)檢測系統(tǒng)新結(jié)構(gòu)，突破了多參數(shù)水質(zhì)檢測流路系統(tǒng)、微小型多功能樣品反應(yīng)檢測室、光學(xué)檢測系統(tǒng)、在線樣品化學(xué)前處理控制系統(tǒng)、控制與信號處理系統(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，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)檢測光譜信號特征，建立了光譜信號處理的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)研究了水質(zhì)檢測光譜信號處理方法；基于光譜檢測雙波長光強比值不變性，提出了光譜曲線校正動態(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)樣品檢測吸收光譜的多特征波長，結(jié)合多波長光譜分析方法消除了水質(zhì)檢測濁度背景干擾，形成了多參數(shù)水質(zhì)檢測儀器信號處理系統(tǒng)。
　　 ⑤基于朗伯-比爾定律與水

8、質(zhì)檢測方法，通過實驗摸索，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關(guān)鍵技術(shù)；展開了多參數(shù)水質(zhì)檢測儀器樣機(jī)的自動建標(biāo)測試、質(zhì)控測試、準(zhǔn)確性測試和重復(fù)性測試等實驗研究，獲得了儀器的關(guān)鍵性能參數(shù)。
　　 ⑥針對地表水質(zhì)和污水排放水質(zhì)在線檢測，進(jìn)行了多參數(shù)水質(zhì)檢測儀器樣機(jī)與國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法的現(xiàn)場同步對比測試實驗，結(jié)果表明樣機(jī)的檢