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1、第16卷第2期光散射学报Vol116No122004年7月CHINESEJOURNALOFLIGHTSCATTERINGJuly12004文章编号:100425929(2004)0220184205XXX拉曼光谱在水质分析中的应用:展望及系统设计陈柳,张国平(华中师范大学物理科学与技术学院电子与信息工程系,武汉430079,Email:chenliu97@163.com)摘要:拉曼散射光谱是一种研究物质结构强有力的工具,目前已经逐渐应用于许多领域,但在水质分析方面的应用讨论尚少。本文首先对拉曼光谱应用于水质分析的可行性及优越性进行了分析,并在此基础上设计了一套
2、新型的应用微机和进经神经网络实现的拉曼光谱水质分析系统,以达到对水质进行高效、准确的定性和定量分析的目的。关键词:拉曼光谱;水质分析;小波变换;演化算法;进化神经网络中图法分类号:O657137文献标识码:ATheApplicationsofRamanSpectroscopytoWaterAnalyse:ProspectandSystemDesignCHENLiu,ZHANGGuo2ping(Dept.ofElectronicandInformationEngineering,CollegeofPhysicalScienceandTechnology,Cent
3、ralChinaNormalUniversity,Wuhan430079)Abstract:Ramanspectroscopyisapowerfultooltostudythestructuresofmaterial.Ithasal2readybeenappliedtomanyfieldsgraduallyatpresent,buttheapplicationinwateranalysisisdiscussedfewyet.ThispaperoutlinesfeasibilitiesandadvantagesoftheapplicationsofRamansp
4、ectroscopytowateranalysis,thenbringsforwardanewsetofwateranalysissystemcom2binedwithPCandevolutionaryneuralnetwork,fortheaimofrealizinghigh2efficient,accuratequalitativeanalysisandquantitativeanalysis.Keywords:Ramanspectroscopy;wateranalysis;wavelettransform;evolutionaryalgorithms;E
5、NN拉曼光谱应用于水质分析的可行性及优越性[1]在水质分析领域,经过多年研究和应用,已经积累了一系列比较成熟的水质分析方法,其中比较常见的有富集方法、容量分析法、电化学分析方法、分光光度法、发射光谱分析、荧光光谱法、原子吸收光谱、红外光谱法、色谱法等。总体来说,这些传统水质分析方法的优势在于技术已经相当成熟,某些定量分析法比较可靠,但缺点是通常都需要对样品进行物理和化学上的制备或反应,对样品原性状有破坏性,即分析过的样品一般不可再次用来检测。且一次处理过程只适于检测一种或几种物质成分,操作程序繁杂,样品易被X收稿日期:2003200200XX作者简介:陈柳,华
6、中师范大学物理学院电子学与信息工程系2001级硕士研究生,电路与系统专业,主要研究方向为拉曼光谱在水质分析上的应用。张国平,华中师范大学物理学院电子学与信息工程系教授,硕士生导师,主要研究方向为光电子。·184·第2期拉曼光谱在水质分析中的应用:展望及系统设计2004年污染,样品中性质相似的成分易互相干扰。而目前应用广泛且功能较强大的红外光谱法则不太适用于水分析,因为水在红外区有很强的吸收,且在水分析中红外光谱法的检测限较低。因此,研究和发展一种能够弥补传统方法缺陷的不质分析方法是非常有必要和有价值的。本文中所讨论的拉曼光谱水质分析系统就是一种有这种潜力的水分
7、析工具。激光拉曼光谱用于水质分析的可行性从1923年,史梅耳(A.Smekal)从理论上预言,到1928年,印度物理学家拉曼(C.V.Raman)从[2]实验上发现拉曼效应,拉曼散射光谱作为研究物质结构一个强有力的工具,已有八十年的历史。拉曼光谱的基本原理可概述为:当频率为v0的单色光入射到物质以后,物质中的分子会对入射光产生散射,散射光的频率为v0±Δv,波长的偏移Δv与物质分子的化学结构有关。每种物质都有对应的特征拉曼光谱,其强度与物质浓度有关,据此可实现对物质的检测。由于拉曼散射谱线的强度十分弱,给最初的应用带来了困难。但1960年激光的发现,特别是近年
8、来全息滤光器、多通道检测技术(包括冷却
