应用研究
激光光谱技术的水质监测系统研究
马云川周孟然聂梦雅
(安徽理工大学电气与信息工程学院安徽准南232001)
与皮
摘要：为了能够还速精准判断水质的成分,提出了利用激光光谱技术对水质的检测方法，此系统采用87C52单片机作为系统的核心,组建了共聚焦式检测子系统,采集系统则用USB3.0协议与上住机进行通讯。通过对水体表面受激而产生的荧光信号进行光谱分析，可以定量分析水质成分。本实验在室内光源下进行，意略了背景光的影响,得到的实验数据较为准确。实验结累表明检测到的荧光信号与水体受污染程度或良好的相关性，可以作为水体污染检测的指标
关键调：激光光谱技术水质监测光谱分析DOM
中图分类号:TP27 1引言
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2014)03-0050-02
了提高，从而达到对大面积水域的实时快速的监测，此外该技术还
21世纪随着现代工业的高速发展，环境污染问题益凸显，而水体的污染是其中的一个重要污染，但是传统的水质监控方法需要实地采集水样，工作效率低，实时性差，一且水域面积过大就不好操作，无法达到实时监测的目的。
本文采用激光光谱技术来对水质进行监测，其主要采用的是激光诱导荧光技术，向待测的水样发射高强度的激光，激光能够使水体中相当数量的分子提升到激发量子态，故荧光光谱的灵敏度得到
光电报制器针
光
我集通机
电子放大电路
激光器主书销
本
A/D转换
PC机
图1激光光谱技术探测系统基本框图
1.0 0.9
度强光炎
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4
0
0.5
1.01.52.0
2.5
酸漆度/(mg/L)
图2酸浓度不同时的荧光强度
3.0
3.5
有非接触和不需传统试剂的优点。 2激光光谱技术原理
波谱特性是物质本身的属性和状态，不同的物质，其对应的波谱特性唯一。本系统中采用激光诱导荧光的方法，使用激光器作为激发光源使水体表面产生荧光，用光谱仪测量此能级所发射的荧光光谱来并可以从中获得这个能级跃迁后的各终止分子能级信息，荧光强度的强弱与其分子结构等参量紧密相关既荧光强度与物质本身属性有关，当同一物质在相同激发条件下激发的荧光其荧光强度与物质浓度成正相关，故可以对物质进行定量分析。
本系统中主要进行的是定量分析，用水体中溶解有机物(DOM) 的浓度来判断水体污染程度。而且已知DOM溶液的荧光强度I，和溶波吸收光能的程度以及物质的荧光量子频率有关。
I。 = I, ·10g I,=i (I,I)
(1)(2)
其中主要由荧光物质的量子效率决定，为一常数，。为人射光强度；1，为透色光强度；α为吸收系数，β为样品池厚度；"为DOM 浓度，根据朗伯一比尔定律有以下公式
I, = K,(I, I, -10) = K,,(1 10pr) = K,I(1 e*)
= K,J(2.303αβn -
(2.303αβm)2,(2.303αβm)2
2
3!
+)
(3)
当DOM溶液浓度较低(2.303αBn≤0.05)时，高阶项级数可以省略不计，故式(3)可以化为：
I, = 2.303il ,aβn
(4)
由式④我们可以看出在DOM稀溶液时(符合湖泊等现实情况)，当i，I。、β不变时，荧光强度I，与DOM在水中的浓度n成线性关系。
3激光光谱技术水质探测系统
3.1系统原理图
系统的基本框图如图1所示。它利用了YAG激光器的三倍频输出355nm激光，然后利用主物镜的光学特征将激光束聚集在待测 DOM水样表面的一个点或区域内，在该区域内的水样会激发出荧光，荧光会经主物镜变成平行光，通过二色镜后被聚我到针孔处。通过滤光片滤除杂光，然后荧光信号会由光电探测器探测到模拟信
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