水体COD的光谱学测量方法研究与传感设备研制

发布时间：2017-04-08 23:23

  本文关键词：水体COD的光谱学测量方法研究与传感设备研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：因化肥农药过度使用、化工副产物和生活污水等滥排放,导致有机污染物对水资源、水环境的造成严重破坏,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)作为表征有机物浓度的参数,快速准确的监测水体COD成为环境保护的迫切需求,同时也给水体COD监测技术带来了更大的挑战。传统的化学检测方法有诸多弊端,样品运输、未能实时测量、二次污染等缺陷已严重制约环保现代化、自动化的发展。光谱法检测技术作为一种实时快速检测方法和分析技术,具备检测效率高、原位检测、携带方便、检测精度高等优势,可很好克服传统分析方法的瓶颈,并满足现代环境检测的发展要求。本课题通过研究国内外COD检测方法的发展现状,开发一种基于紫外光谱的便携式水体COD传感检测设备,在测定水体中有机污染物浓度时,将仪器的光纤探头投入水体中即可完成对水样吸收光谱的采集,通过实验训练建立吸光度与COD值之间的回归模型,将其植入到传感设备的光谱处理软件中,进而计算出水体COD值,本论文的研究内容主要有:1分析了目前水质检测技术发展现状,重点介绍了光谱法检测水体COD技术的基础理论,主要包括:光谱法检测机理、光谱获取方法、光谱的预处理方法、模型建立算法和评价参数等,为后续研究奠定理论基础。2研究开展了具体的实验,验证了光谱学方法检测COD的可行性,对比了紫外与近红外方法的预测效果,选取了水体有机污染物的吸收特征波段,获得了基于紫外的检测模型。首先用城市废水,分别获取紫外吸收光谱和近红外光谱,通过使用不同波段的光谱建模,对比建模的效果,选取特征波段,并用不同的光谱预处理方法结合PLS、MLR建立回归模型。分析结果发现,紫外吸收光谱经过S-G平滑后可以较好的提升建模效果。基线校正+S-G平滑法可以提升近红外光谱模型的预测精准度。对比分析了近红外和紫外光谱方法利用PLS、MLR建模的预测效果。紫外吸收光谱基于PLS建模的预测集的最高相关系数R2为0.9921,RMSEP为10.4386;MLR建模的预测集R2为0.9280,RMSEP为19.0746。近红外光谱基于PLS建模预测集的最佳R2为0.9877,RMSEP为5.9760;MLR所建模型的预测集R2为0.9573,RMSEP为11.2962。3设计开发基于USB2000光谱仪的便携式水体COD测量仪器。该便携式测量仪器包括物理硬件和光谱处理软件两部分,硬件包括机箱外壳、光纤、电压转换模块、光源、电子控制模块、电源模块和触摸屏,软件部分包括模型加载模块、光谱采集模块、显示模块和参数设置等模块。最后对仪器的性能进行了实验验证和分析,验证结果表明传感设备可以用于水体COD检测应用。
【关键词】：光谱法检测技术 COD 预处理 建模分析 便携式传感设备
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X832
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 第1章 引言14-23
• 1.1 课题研究背景及意义14-16
• 1.2 基于光谱分析技术检测水体COD的基本概念16-17
• 1.3 水体化学需氧量检测技术的研究现状17-21
• 1.4 论文主要内容与结构21-23
• 第2章 液态样品的光谱学检测技术理论23-39
• 2.1 光谱吸收法测量液态样品23-29
• 2.1.1 分子吸收光谱的产生原理23-24
• 2.1.2 朗伯-比尔定律24-26
• 2.1.3 有机物吸收特性26-28
• 2.1.4 光化学分析原理28-29
• 2.2 光谱数据处理及建模方法29-38
• 2.2.1 光谱数据预处理方法29-34
• 2.2.2 光谱数据定量建模方法34-36
• 2.2.3 数学模型的验证与评价标准36-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第3章 水体COD的光谱学检测方法研究39-52
• 3.1 水体COD光谱法定量分析流程39-40
• 3.2 水体COD测量及光谱采集系统40-44
• 3.3 水体COD的光谱特性44-46
• 3.4 紫外光谱与近红外光谱的对比46-51
• 3.4.1 紫外光谱预测能力分析46-48
• 3.4.2 近红外光谱预测能力分析48-50
• 3.4.3 紫外吸收光谱法和近红外透射光谱法比较分析50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 基于紫外光谱的水体COD传感设备设计52-68
• 4.1 硬件设计52-64
• 4.1.1 光源选择53-55
• 4.1.2 传输光纤55-58
• 4.1.3 探测器的选择58-60
• 4.1.4 电子学主控模块60-64
• 4.2 系统软件设计64-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第5章 水体COD传感设备的性能分析68-72
• 5.1 基于紫外光谱法水体COD传感设备性能验证分析68-70
• 5.2 性能分析70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 总结与展望72-75
• 6.1 论文总结72-73
• 6.1.1 课题主要研究内容72-73
• 6.1.2 本研究主要创新点73
• 6.2 研究展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-83
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果83

【参考文献】

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本文编号：293936