水体重金属在线监测系统及自动分析方法研究

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1、K^Jf^IAGRICULTURALUNIVERSITYOFHEBEI博士学位（毕业）论文水体重金属在线监测系统及自动分析方法研究学位申请人：王福顺指导教师：蔡振江教授学科专业：农业机械化工程学位类别：工学博士授予单位：河北农业大学答辩日期：二〇一五年六月一曰独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

2、并表示谢意。学位论文作者签名-签字曰期：汲/jr年《月《曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北农业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅=本人授权河北农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名:签字曰期：年《月

3、线监测系统及自动分析方法研究DesignofOn-lineMonitoringSystemandStudyonAutoAnalysisMethodforHeavyMetalDetectioninWater学位申请人：王福顺指导教师：蔡振江教授学科专业：农业机械化工程学位类别：工学博士授予单位：河北农业大学答辩日期：二〇一五年六月一日摘要水是生命之源，是极其重要的地球资源，是现代文明不可或缺的血脉，它的安全健康决定着全人类的发展与未来，其重要性不言而喻。近几年，我国水污染事件频发，其中水体重金属污染占相当大的比例，受害区人民的生产生活在蒙受巨大损失的同时长期饱受病痛

4、的折磨。可以说，我国的水污染程度不比雾霾轻，甚至已成为癌症村的主因。当前环境保护中对水污染的预防与治理是一项十分重要且紧迫的任务，而开展工作的前提就是对水体进行科学精确的检测，所以开展适合实际需求的水体重金属快速精确检测与自动分析方法研究，为水体重金属污染评估和治理提供科学可靠的依据，对水资源重金属污染的预防与治理具有非常重要的现实意义，对于水资源短缺的我国来讲，意义尤为重大。本文在对现有的重金属检测技术深入研究的基础上，根据电化学方法所具有的仪器经济实用、在线检测较易实现的特点，围绕水体重金属的快速精确检测系统与自动分析方法展开研究，设计了一款性能稳定、操控简单

5、的重金属电化学自动检测系统，可实现锑(Sb)、铅(Pb)、锌(Zn)、砷(As)等元素的在线监测，结合上位机系统，构建了一个适合现场的、低成本、高效的重金属快速监测平台。本研究属于多学科交叉研究，涉及电化学、智能检测与控制、数据处理与分析等领域，具体研究内容如下：⑴以差分脉冲溶出伏安法为理论基础，开发了基于三电极传感体系的重金属检测系统。系统以性能优异的MSP430F5438为主控MCU，采用模块化的设计理念，分别完成了电源、主控、水样处理、电化学检测、通讯和键盘显示模块的设计工作，其中水样处理模块采用多通换向阀加定量泵系统简化了复杂管路控制系统，提高了稳定性；重

6、点对电化学检测模块的激励源电路、恒电位仪电路、I/V转换电路、微信号调理和检测电路进行设计；此外，系统健康检查和变误差自动补偿两个功能的实现进一步提高了整个系统的检测效率和野外工作的稳定性。⑵为在复杂噪声环境下分离出完整的微弱有用信号，采用软滤波对采集到的信号进行离散数据的大误差剔除和平滑处理。采用差分法滤除粗大误差后，分别对五点三次平滑、小波去噪、自适应平滑方法进行了分析，通过更新误差因子方法对自适应算法进行改进，经实验分析与比较结果表明改进算法精度高、抗干扰强、收敛性好。⑶为得到更科学正确的评价结果，对现有离散数据进行数学逼近，得到最接近源数据的数学描述，为科

7、学评价提供可靠依据，经过实验结果综合分析得出选择8阶拟合数学模型可满足设计要求。对于多组分混合液的溶出数据曲线的逼近，通过分段拟合方法进行处理，即利用极大值法进行分段，然后对每一个分段区间的数据进行独立的拟合处理，提高了数据处理的精度和效率。对于由本底成分及其他因素所造成漂移进行校正，通过校正实验与分析结果显示：切线法辨识灵敏度高，算法易于实现，是一种可实现自动识别与分析的优化算法。⑷对于分析化学中重叠峰问题，在现有检测设备基础上，借助计算机技术运用数学理论，对获取的重叠峰数据进行数学分析，把仪器未能完全分离的峰形进行数学分解，这种方法对系统硬件要求相对宽松。文中

8、提出了一种