光谱法水质参数检测技术研究
发布时间：2020-10-25 23:49
随着水资源短缺和水源污染的日趋严重,人们对生活水平的要求不断提高,水质问题越来越受到关注。水质检测是保护和治理水资源的前提和基础,化学需氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)是衡量水中有机物质含量多少的指标,氨氮是水体中的主要耗氧污染物,两者均是水质检测的常用指标,具有重要意义。本文主要针对饮用水化学需氧量COD和渔业养殖氨氮,分别设计了小型浸入式检测系统。主要研究内容为以下几个方面:(1)查阅文献资料,了解国标和行业常用的水质参数检测方法,比较分析传统方法与光学方法的特点和不足,调研分析国内外水质各参数检测研究现状,评估现有分析仪器的性能和成本,并关注前沿文献中出现的新方法。(2)采用紫外吸收光谱法检测COD,根据低成本和便携式的要求,设计了饮用水COD检测系统的光路结构和软件数据采集系统。(3)采用荧光光谱法检测水中的氨氮。选定荧光敏感剂,通过多次实验,用合适的成膜方法制作成荧光膜。为避免干扰,在荧光敏感膜上再涂敷一层防水透气膜,比较分析了不同防水透气材料性能,通过实验,最终找到适合的材料,制备成氨荧光敏感膜。(4)设计荧光法检测水中氨氮的光路结构、电路控制系统和数据采集系统。选择光学器件、搭建光路;设计光源控制电路,用采集卡和LabVIEW同时实现了控制光源和采集荧光数据,并显示在PC上。(5)检测系统性能测试。用所搭饮用水COD检测系统得到吸光度与COD浓度的标准曲线,能实现对不同饮用水类型的区分以及对饮用水敞口放置后COD浓度变化的监测。所搭氨检测系统能对不同浓度氨水产生响应,且不受溶液PH的干扰。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.21
【部分图文】：
第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会跃迁回基态，当??电子由第一激发单线态跃迁到基态时，能量会以光的形式释放，即产生荧光，原??理如图２－１所示。很多荧光物质一旦停止入射光，荧光也随之立即消失。大多数??情况下，发光波长比吸收波长较长，能量更低。常见的现象是物质吸收紫外光，??发出可见波段荧光。??－ｒ?．?ｊ电线第二???Ｔ?＼????１电子激发态?????Ｋ?＝?〇??ｂ?无??吸?锚??光Ｉ??迁?，??—．Ｘ，．．?ｊ｜ｂｚｉｎ：＇?．．．?ｔ?＝１?单线第一??????１电子＊发态??ｉＰｌ￣￣??－ａ－?—?ｄ?ｌ－．＃线态??ｉｉ＿Ｊｌ?１１?＾??二：：二ｊｊｊＺ?…．：ｌ￣￣￣＾二ｊ?单残株态??—ｌｉｕ?１１１１???１—Ｋ?＝?０??图２．１荧光的产生原理??荧光广泛用于化合物的定性和定量分析。荧光分析，是指利用某些物质在紫??外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量分析的方法。在荧光??分析中，常用到荧光光谱，即荧光的能量－波长关系图。荧光光谱包括激发谱和??发射谱两种［３３１，其中激发谱是用不同波长的激发光作用在荧光物质上，在某一波??长处测得的荧光强度的变化情况，也就是不同波长的激发光的相对效率；发射谱??则是在某一固定波长的激发光作用下
（１?）光源??为了选择合适波长的光源，取ＣＯＤ标准溶液于分光光度计下扫描得其紫外??吸收光谱（如图３．３），从光谱图可以看出，在紫外区，ＣＯＤ有两个吸收峰，其??中大的吸收峰位于２２０ｎｍ以内，在２８０ｎｍ处，还有一个较小的吸收峰。如果想??在２５４ｎｍ以内选择光源，有氙灯和低压汞灯可以选择，氙灯是利用氙气放电而??发光的电光源，分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三种，如曰本滨松公司的??Ｆ１１１０３６型闪烁氙灯，发光波段为２００－１０００ｎｍ，需要１１－２８Ｖ供电，但考虑到做??成手持式仪器，采用氙灯体积太大，且价格较高。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压??被激发而发出紫外光，其发光谱线主要有两条：一条是２５３．７ｎｍ波长，另一条是??１８５ｎｍ波长，低压汞灯紫外辐射效率很高，主要应用作杀菌灯、荧光分析、光谱??仪波长基准等。但汞灯体积较大且需要外加电源模块
经过调研和比较，最终选择购买了珠海天辉电子的ＴＨ－ＵＶ２８０－ＴＯ３９Ｈ－Ｂ型，??峰值波长为２８０ｎｍ，半高脉宽１０ｎｍ，功率为ｌ－１．５ｍＷ，额定电流为２０ｍＡ，工作??电压为５．０Ｖ－７．０Ｖ；?Ｔ０３９封装，发散角为７°。光学特性如图３．４和３．５所示，??电学特性如图３．６所示：??［〇???ｊ???Ｉ＇ｉ???！?＊?１?????０．３－?ｊ?－??０?６?－?Ｉ?－??§５?！?ＩＷＨＭ?Ｉｔｈｍｉ??ＪＯ???－＞－?ｋ?????＾?｜?：??—０．４－?Ｉ?？??°２＇?ｊ?＼?？??ｉ?Ｖ??〇〇Ｈ???１———?＞???ｊ?????２００?２５０?３００?３５０?４〇〇??波长（ｎｍ）??图３．４?ＬＥＤ的发射光谱??１６??
【参考文献】
本文编号：2856150
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.21
【部分图文】：
第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会跃迁回基态，当??电子由第一激发单线态跃迁到基态时，能量会以光的形式释放，即产生荧光，原??理如图２－１所示。很多荧光物质一旦停止入射光，荧光也随之立即消失。大多数??情况下，发光波长比吸收波长较长，能量更低。常见的现象是物质吸收紫外光，??发出可见波段荧光。??－ｒ?．?ｊ电线第二???Ｔ?＼????１电子激发态?????Ｋ?＝?〇??ｂ?无??吸?锚??光Ｉ??迁?，??—．Ｘ，．．?ｊ｜ｂｚｉｎ：＇?．．．?ｔ?＝１?单线第一??????１电子＊发态??ｉＰｌ￣￣??－ａ－?—?ｄ?ｌ－．＃线态??ｉｉ＿Ｊｌ?１１?＾??二：：二ｊｊｊＺ?…．：ｌ￣￣￣＾二ｊ?单残株态??—ｌｉｕ?１１１１???１—Ｋ?＝?０??图２．１荧光的产生原理??荧光广泛用于化合物的定性和定量分析。荧光分析，是指利用某些物质在紫??外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量分析的方法。在荧光??分析中，常用到荧光光谱，即荧光的能量－波长关系图。荧光光谱包括激发谱和??发射谱两种［３３１，其中激发谱是用不同波长的激发光作用在荧光物质上，在某一波??长处测得的荧光强度的变化情况，也就是不同波长的激发光的相对效率；发射谱??则是在某一固定波长的激发光作用下
（１?）光源??为了选择合适波长的光源，取ＣＯＤ标准溶液于分光光度计下扫描得其紫外??吸收光谱（如图３．３），从光谱图可以看出，在紫外区，ＣＯＤ有两个吸收峰，其??中大的吸收峰位于２２０ｎｍ以内，在２８０ｎｍ处，还有一个较小的吸收峰。如果想??在２５４ｎｍ以内选择光源，有氙灯和低压汞灯可以选择，氙灯是利用氙气放电而??发光的电光源，分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三种，如曰本滨松公司的??Ｆ１１１０３６型闪烁氙灯，发光波段为２００－１０００ｎｍ，需要１１－２８Ｖ供电，但考虑到做??成手持式仪器，采用氙灯体积太大，且价格较高。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压??被激发而发出紫外光，其发光谱线主要有两条：一条是２５３．７ｎｍ波长，另一条是??１８５ｎｍ波长，低压汞灯紫外辐射效率很高，主要应用作杀菌灯、荧光分析、光谱??仪波长基准等。但汞灯体积较大且需要外加电源模块
经过调研和比较，最终选择购买了珠海天辉电子的ＴＨ－ＵＶ２８０－ＴＯ３９Ｈ－Ｂ型，??峰值波长为２８０ｎｍ，半高脉宽１０ｎｍ，功率为ｌ－１．５ｍＷ，额定电流为２０ｍＡ，工作??电压为５．０Ｖ－７．０Ｖ；?Ｔ０３９封装，发散角为７°。光学特性如图３．４和３．５所示，??电学特性如图３．６所示：??［〇???ｊ???Ｉ＇ｉ???！?＊?１?????０．３－?ｊ?－??０?６?－?Ｉ?－??§５?！?ＩＷＨＭ?Ｉｔｈｍｉ??ＪＯ???－＞－?ｋ?????＾?｜?：??—０．４－?Ｉ?？??°２＇?ｊ?＼?？??ｉ?Ｖ??〇〇Ｈ???１———?＞???ｊ?????２００?２５０?３００?３５０?４〇〇??波长（ｎｍ）??图３．４?ＬＥＤ的发射光谱??１６??
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 蔡树伯;赵辉;刘呈波;;水体污染概况及防治对策[J];现代农业科技;2010年17期
本文编号：2856150
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