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国产全光谱水质在线监测仪的应用原理及研发步骤分析

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目录

目录 1

正文 1

一、全光谱在线分析仪器市场现状 2

二、全光谱分析法原理 3

三、自主研发关键步骤 4

1)原型机材料选择及整合 4

2)标液测量最小二乘法获得基础模型 6

3)水样比对 6

4)网络神经元算法模型建立 7

四、数据修正与模型完善 9

5)全程修正 9

6)局部修正 9

7)高级修正 10

8)数据计算模型持续完善 10

正文

国产全光谱水质在线监测仪的应用原理及研发步骤分析

一、全光谱在线分析仪器市场现状

我国环境水质监测仪器以往主要依赖进口，从2000年开始，成熟的国产化设备才开始在全国范围内大规模推广。我国的环境水质在线监测仪器厂家主要以民营为主

在成长初期，普遍存在规模偏小、技术不够成熟、仪器的可靠稳定性不足等问题，难

以满足我国复杂的水体环境和日益多样化的污染物监测需求。另外，仪器市场整体存在集中度不高、区域分割严重、单一企业所占市场份额小等问题。后期随着国家对环保产业的重视和水质自动监测网络体系的建立，环境水质在线监测仪器厂家数量迅速增长，部分具备自主研发实力的企业发展壮大起来，成为与国外品牌如美国哈希、日

本岛津等相抗衡的仪器生产企业。

具体到光谱在线监测领域，国内目前主要以单光谱UV254为主，较为先进也只

有COD等少数数值可进行在线测量，且测量参数及精度较国外设备均有一定差距，

如S::CAN公司的高端产品spectro就可以同时测量COD,BOD,BTX,NO3-

N,TSS,温度，AOC等参数，并保证测量精度。

外国设备价钱高企业和政府采购难以负担高额成本，而国内仪器设备技术落后等缺陷却无法满足精准监测的要求，此外国外仪器在国内也存在“水土不服”的情况，针对这一矛盾现状，陕西正大环保科技与浙江大学强强合作，发挥自身优势推进全光谱在线设备国产化进程，正大环保以多年的设备设计与运维经验选择相应的原材料进行整合，提供基础设备；浙江大学提供设备内部计算模型及先进完善机制，共同致力

于为客户提供运行稳定，数据可靠，价格合理的全光谱在线监测设备。

二、全光谱分析法原理

朗伯-比尔定律光度分析中定量分析是最基础、最根本的依据，如图所示，可以用如下公式描述：式中：A为吸光度值；I0为空白溶液(即不存在吸收物质)时的光强度；

1为吸收后的光强度；b为光程，单位为cm;c为溶液的摩尔浓度；为摩尔吸光系数，

单位为I/

图1朗伯比尔定律示意

当一束平行的单色光通过某一均匀溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和

光程的乘积成正比，样品中待测物质的浓度越大、或通光样品液层越厚，由于

增加了物质分子的总数，故对光的吸收愈多、透过的光就愈弱。检测时，配

制浓度各异的量程标准溶液(HJ/T1912005),测定各标准溶液的吸光度，

得到标准样品的检测数据，做出浓度对吸光度的标准曲线。

不同的化学物质对不同波长的光吸收强度不同，每一种物质都对应有确

定的紫外可见吸收光谱，吸收光谱体现了物质的特性，是进行定性、

定量分析的基础。不同溶液对不同波长的光吸收程度各不相同，几乎所有的有

机化合物在紫外可见光区都有特定的吸收。特定化学物质对特定波长的光吸

收性较强，特别是硝酸盐、亚硝酸盐、芳香烃类物质、浑浊度、色度、有机碳

含量等对不同波长的吸收不同，其敏感波长在200-700nm之间。如果只用254

的波长照射，只能获得比较少的化学物质作用。而用多波长扫描，则可以得到

不同波长的吸收谱，该谱能清晰地反映出水体中多种物质的分布。用相应的标准物校准，取得相应的特征吸收光波波长以及吸收率与该指标的对应关系，就

可以从仪器的检测结果来推断需要的参数指标。

三、自主研发关键步骤

1)原型机材料选择及整合

光源主要采用卤素钨灯、氘灯或氙灯。氙灯发光效率高，强度大，光谱范

围覆盖紫外、可见和近红外区，优势突出。传统检测器采用光电倍增管，一次

只能测量个波长点的数据，完成整个光谱区域测量的时间较长，不能适应瞬

态过程全分析的要求，而且需要精密的光谱扫描机械装置(正弦机构)与分光系统配合使用，因此整个仪器结构复杂，体积庞大，容易损坏。随着技术和制

造工艺的发展，目前检测器可以采用电荷注入器件(CID)、电荷耦合器件

(CCD)、线阵图像传感器(MOS)