第35卷，第2期 2015年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
荧光光谱智能监测水中矿物油浓度的研究唐远河1，刘青松，蒙磊，刘汉臣”，刘
寒，李存霞
1.西安理工大学理学院物理系，陕西西安
：710048
2西安工程大学理学院物理系，陕西西安
：710048
Vol. 35,No. 2-pp424-428 February,2015
摘要为便于环保部门实时准确监测水体油污染情况，研制了一套基于紫外荧光和物联网技术在线监测水中矿物油浓度的系统，该系统采用非对称Czemy-Turner光路的高精度单色器，提高了分辨率；光路增加了一束参考光，用于修正光源波动对探测结果的影响；光路增添光纤传输激发光和荧光，减小系统因仪器振动造成的光路倩差；探头采用特殊设计光纤束，大幅提高光纤耦合效率和信号输出；系统集成了控制模块和无线通讯模块，实现系统的实时测量、数据处理和远程控制，该系统集成度高、探测精度高、稳定性好。利用化学计量学方法中的平行因子算法和化学校正分析理论，降低矿物油不同成分差异带来的计算误差，精确计算出未知样品的浓度。使用该系统测定了柴油、机油、原油三种样品溶液在10，25，50和100mg·L-1 的荧光光谱。用光册光谱仪测得这三种油的最佳吸收波长分别为256，365和397nm；用荧光分光光度计测量了上述三种油的吸光度分别为0.028，0.036和0.041；它们的最佳发射波长分别为355，419和457nm，利用该装置测得案油、机油和原油的检出限分别为0.03，0.04和0.06mg·L-1，相对误差分别为2.1% 1. 0%和 2. 8%
关键词荧光光谱；矿物油浓度；光谱仪；物联网
中图分类号：0433.4
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/j. issn. 10000593( 2015)020424-05
1利用荧光光谱检测水中矿物油浓度的理论
近年来，水体矿物油污染越来越严重，严重破坏水体环
境和危害人体健康，研究和监测水申矿物油的污染，对污染控制和环境保护县有深远意文。目前，我国环保部门监测油污染大多采用红外分光光度法，检测过程须使用国际公约限制的四氯化碳且灵敏度低3；基于紫外-可见光谱的水质分析方法和监测近年来得到发展；利用“溢流式采样”技术对水申油进行在线监测具有较高精度4；将光纤传感器用于荧光法测量水中矿物油浓度的方法能在较远距离监测水中油浓度2；光纤光谱仪用于检测水中矿物油的浓度具有灵敏度高、方便快捷、实时在线等特点"]。国外采用荧光分析与激光雷达技术相结合的方法监测水中矿物油，具有较高的探测精确性
鉴于国内利用荧光法监测水申矿物油的系统性较差、灵度较低、集成度较低等特点，利用紫外荧光和物联网技术在线监测水中矿物油浓度，为工业生产、环境污染等领域的实际间题提供一种智能方法。
收稿日期：2014-01-16，修订日期：2014-04-09
基金项目：国家自然科学基金项目（11304245，61308006)资助
作者简介：唐远河，1965年生，西安理工大学理学院教授
荧光强度与矿物油浓度的关系
1.1
涉及到振动谱线能级跃迁的荧光强度较弱[1]，而激发
荧光的人射光和出射光均较强，所以荧光光谱须在垂直人射光的方向上观测。假设以一束强度为I。的单色平行光照射一个装有浓度c、吸光截面S、光程厚度2的被测液池时，透射光强为I，根据郎伯-比耳定律，物质的吸光度A为
A-g art
(1)
其中&为吸光系数。如果物质浓度不均勾，根据每一小薄层所发射的荧光强度和量子效率，通过积分计算，可得在液池长度为1且与入射光垂直方向的荧光强度F为
F Spl ar
*+ dx Spl,(1 e*r )
[ -() +() -] 0s -
i
(2)
0-05时，由式(2)可见，物质浓
对较浓溶液，即浓度c
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