水中油浓度快速测量方法研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷，第6期光谱学与光谱分析Vo1．28，No．6，pp1332—13352008年6月SpectroscopyandSpectralAnalysisJune，2008水中油浓度快速测量方法研究崔志成，刘文清，赵南京，肖雪，王志刚，张玉钧，司马伟昌，刘建国，魏庆农中国科学院环境光学与技术重点实验室，中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031摘要以三维荧光光谱技术结合PARAFAC算法研究了水中油浓度的快速测量方法，重点分析了水中溶解有机物对油浓度测量的影响。以0柴油、腐殖酸为测量样本，通过改变腐殖酸浓度来模

2、拟自然水体中溶解有机物含量，研究了腐殖酸中O柴油特征荧光光谱的快速分离方法，实现了不同腐殖酸浓度下相同浓度0柴油含量的测量，测量平均误差为1．67，相对标准偏差小于1．29／~o。结果表明，以三维荧光光谱技术结合PARAFAC算法能够实现水中大量溶解有机物存在下油浓度的快速测量。关键词三维荧光光谱；PARAFAc；油；溶解有机物中图分类号：X832，0657．3文献标识码：A文章编号：1000—0593(2008)06—1332—04自然水体中的溶解有机物比较复杂，为了在实验室进行引言模拟实验分析，以腐殖酸替代自然水体中的溶解有机物，选用市场上购置的0柴油、腐殖酸为分析

3、样品，配置成已知浓随着我国工农业生产的快速发展，使得江河、湖泊及沿度的待测量样品。海海域水中油污染状况呈逐年上升趋势，严重破坏了生态平1。2实验系统衡并通过食物链影响着人类健康。因此，必须对水中油的含采用荷兰SKALAR公司生产的三维荧光成像仪，型号量进行测量，为水体质量控制和治理提供科学依据。为：FLU()IIMAGERl53。通过扫描激光波长，记录每一激发水中油含量的常规监测方法多以现场采样、实验室分析波长下的荧光发射光谱，激发波长：240～360nm，发射波为主，不能实时、原位地反映出水污染的状况；近年来，光长：265～58013n3，其工作原理如图l所示。谱分析

4、技术正成为主流技术，逐步被应用到水污染油含量监400篇嚣测中，已有多位研究学者对不同种类的油荧光光谱特征、分Xe—Lamp200辩骣析方法、种类鉴别进行了研究，指出了利用荧光光谱技术进Mirrorr”攀。—行水中油含量定性、定量分析的可行性，并做了大量的实验_iPMT∞⋯工作l_1]。然而，水中溶解有机物的含量可以达到几mg·L_。，通常高于油的含量l_4]；在对水中实际的油浓度测量时，由于油和水中溶解有机物的荧光光谱存在较大范围的重叠，MonochromatorMonochrl(】maCor且相同浓度下油的荧光强度低于溶解有机物的荧光强度，因Fig．1Schemati

5、cdiagramoffluorescence此在测量时必须将油的荧光光谱从溶解有机物背景中分离出spectrumdetectionsystem来，以扣除溶解有机物对测量油浓度的影响。因此，本文将三维荧光光谱技术与PARAFAC算法相结合，研究了水中油以氙灯作为激发光源，激发单色器和发射单色器分别对激发浓度的快速测量方法，着重分析了水中溶解有机物对油浓度光和发射光进行分光，同步扫描激发和发射波长，步长均为测量的影响。5nm；光电倍增管记录不同激发波长下发射荧光强度。计算机根据扫描荧光光谱数据生成以发射波长为z轴，激发波长1实验为Y轴，发射荧光强度为z轴的三维荧光光谱图，三

6、维荧光光谱图可进一步转换成三维荧光等高图。1．1样品来源1．3分析方法收稿日期：2007一O1—29，修订日期：2007—06—16基金项目：中国科学院知识创新工程方向性项目(KGCX2一SW-111)资助作者简介：崔志成，1973年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所在职博士研究生e-mail：xiaoxue2254@163．corn维普资讯http://www.cqvip.com第6期光谱学与光谱分析1333采用PARAFAC(parallelfactoranalysis)算法进行不同荧光物质的光谱分离，可以从复杂混合成分的三维荧光光谱数据即EEM(excitati

7、onemissionmatrix)矩阵中分解出它们各自的特征荧光光谱。PARAFAC算法本质上是对主成分分析的一种推广；在分析时，将由多个EEM数据构成的三维阵列分解为3个载荷矩阵，通过求解3个载荷矩阵，使得拟合残差的平方和最小，然后得出与各组分浓度值相对应的得分值、激发光谱和发射光谱；由得分值与实际浓度之问的线性关系，通过浓度校准后，即可进行未知浓度组分的测510152025量_5．。本文对PARAFAC模型求解采用了交替最小二乘方Concentration／(mg·L-)法，实现了分析样品的有效分解。Fig．3Curvebetween