第30卷，第9期 2010年9月
光谱学
光谱分析 E
Spectroscopy and Spectral Analysis
便携式多源光谱融合水质分析仪的研制
穆海洋1.2，李艳君2·，单战虎"，吴铁军1 1.浙江大学工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027 2.浙江大学城市学院智能系统重点实验室，浙江杭州310015
Vol.30.No.9,pp2586-2590 September, 2010
摘要采用光谱信息融合理论，研制了一种新型便携式多参数水质分析仪，自行设计了仪器的分析方法、硬件结构、内部工作原理及软件功能。可作为一种无须化学试剂、体积小、快速、易于野外现场作业的绿色水质检测工具。通过对少量水质样品的光谱测盐分析，快速检测了总有机碳(TOC)、化学需氢量(COD)等6 类水质有机污染物指标。实际测量结果表明，本仪器采用的基于多源光谱信息融合的水质分析方法测量精
度显著优于目前市场上普追采用的常规紫外吸收光谱法，关键词调便携式仪表：水质分析仪：多源光谱：信息融合
中图分类号：X832 引言
文献标识码：A
D0I:10.3964/i.issn.1000-0593(2010)09-2586-05
分析已有很多研究成果36)，技术相对成熟：；面三维荧光光谱分析技术由于灵敏度高、重复性好及可以实时监测等优
传统的水质分析方法为现场采集样品后带同实验室分析，其有中间环节较多，易造成二次污染，历时较长的缺点。使携式水质分析仪可在室外现场进行测试，操作简使、分析快速高效、样品用量少，为尽早发现水质的异常变化，及时追踪污染源，辅助决策做出下一步工作部署提供了有利条件[1]，近年来，国外便携式仪器开始进人我国市场，如基于化学法的美国HACH公可的DREL系列便携式实验箱) 等，但因其仅器及专用试剂价格昂费，大多数用户难以接受，因此研究和开发新的便携式水质检测技术是必然的发展趋势。
本文研究开发的一种基于多源光谐融合的便携式多参数水质分析仪，是一种无须化学试剂的绿色检测工具。通过对少水质样品的紫外吸收光谱和三维荧光光语的测分析可现场快速检测总有机碳T(C、化学需氧量COD、生化需氧量B()D、落解性有机碳DC、高锰酸盐指数CODMn和多环芳烃PAHs六类水质有机污染指标。仪器的外形小巧、携带方使、操作简单、高效快速。这种无试剂、小型化的多光谱快速检测水质分析装置因内外尚属空白。
基于多源光谱融合的水质分析方法原理 1
现有的单一紫外吸收光谱法用于水质有机污染综合指标收稿日期：2009-12-26，修订日期：2010-03-28
点，成为水质有机物综合指标分析的一个新的研究热点[-"]。但目前这两种方法均有不足之处，如紫外吸收光谱受无机悬浮物的十扰很大，H只适用于组分变化不大的水样；荧光光谱存在猝灭、自吸收、内滤光等不稳定因素，还含有水的拉受散射和瑞利散射等干扰"]；因此均难以满足环境监测对分析精度要求日益增高的需要。但另一方面，两种光谱又存在一定的相关性和互补性。
(1)悬浮物或某些种类的有机物会在同样波长的紫外吸收光谱上产生强度十分近似的吸收峰，但会产生不同的荧光光谱，内此参考荧光光谱可以提高水质分析的分辨度。
(2)高浓度下荧光具有不稳定性，易受环境影响，而紫外吸光度光谱对高浓度物质的的测量比对低浓度物质的测效果好，所以这方面紫外光谱可以起弥补作用。
信息融合已在多个领域内得到应用和发展，但对不同光谱进行融介建模分析的应用还很少。本文充分利用紫外和荧光光谱分析方法各自的优势，采用作者提出的一种基于紫外吸收光谱和多维荧光发射光谱融合的水质分析方法作为本仪表的多源光谱融合分析软件，通过水样光谱信息的互补作用，得到对有机物综合指标更全面、更准确的分析，从而提高有机参数的预测精度。基本的分析流程如图1所示。
基金项目：国家（863计划项目（2006AA06Z412)和新江省白然科学基金项目（Y1090339)资助
作者简介：稳海洋，1984年生，断江大学控制科学与工程学系硕土研究生
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