[發(fā)明專利]一種快速在線水體熒光儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310430781.3
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103472045A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王雅娜;晏光輝
• 申請（專利權(quán)）人: 王雅娜
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于在線水質(zhì)儀表監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及水體中葉綠素a或其它熒光物質(zhì)的濃度測量。

背景技術(shù)

目前太湖、巢湖等內(nèi)陸湖體藍藻水華事件頻發(fā)、在合適的溫度下、藍綠藻在在富營養(yǎng)化水體中瘋長引起水體中氧份耗盡、水體中水生生物死亡、水生生物死亡后產(chǎn)生營養(yǎng)釋放的循環(huán)又近一步加劇了湖體的富營養(yǎng)化，藍藻群體上浮、聚集在水表面形成水華，而生在水面以下的藻類群體卻明顯減少，而在水華形成前后，同一水柱中的葉綠素總量可能并沒有很大變化，在大多數(shù)情況下，這種突然出現(xiàn)的“水華”只不過是已存在、分散在水體中的藻類群體在適宜條件下的上浮、聚集、遷移至水面并為人們?nèi)庋鬯姷倪^程，因此，實時監(jiān)測水體中的葉綠素a的含量是能反映水華發(fā)生發(fā)展的程度。

目前國內(nèi)各湖區(qū)采用葉綠素a、水中溶解氧、濁度、總磷、總氮、pH值等一系列水質(zhì)參數(shù)推斷水體的綜合營養(yǎng)指數(shù)，采用合適的模型推斷水體的營養(yǎng)狀況，但多個水質(zhì)參數(shù)一方面設(shè)備成本、維護成本投入高，在區(qū)、縣地方很難普及；另一方面，水文、水質(zhì)的監(jiān)測參數(shù)反映水體的各層面特定情況，水質(zhì)的各參數(shù)如葉綠素、溶解氧、濁度、透明度、pH值相互關(guān)聯(lián)，重復(fù)監(jiān)測造成建設(shè)成本的浪費和分析數(shù)據(jù)的冗余，因此，在基層藍藻監(jiān)測中通常只需監(jiān)測葉綠素a的含量來表征水體的富營養(yǎng)化程度。

目前在線葉綠素a的監(jiān)測儀器主要是特征熒光光譜法，如專利CN101403695A采用350nm的LED激發(fā)水體葉綠素，通過光學(xué)濾光片收集620nm-715nm波段范圍內(nèi)的熒光強度，根據(jù)收集的熒光量探測水體葉綠素a的濃度；在CN102253018A中采用470nm的LED光源激發(fā)水體葉綠素a，通過光學(xué)濾光片采集610nm-715nm波段的熒光，根據(jù)激發(fā)熒光量來探測水體葉綠素a的濃度，在CN102539394A中采用激發(fā)光陣列照射水體中的葉綠素，收集不同種激發(fā)光在685nm處的熒光光強，根據(jù)不同種激發(fā)光對熒光的貢獻量來探測水體中葉綠素a的濃度，在專利CN101403695A和專利CN102253018A中未考慮激發(fā)光對其它熒光物質(zhì)(如葉綠素b、葉綠素c、核黃素等)的激發(fā)而引起的熒光，熒光光譜帶寬較大，專利C?N102539394A從不同種波長激發(fā)光對熒光物質(zhì)的激發(fā)效率不同而將熒光細(xì)化以提高葉綠素a的探測精度；本專利對熒光光譜進行分析，采用光譜范圍內(nèi)變化最快區(qū)域內(nèi)熒光代表葉綠素a產(chǎn)生的熒光，減小的熒光光譜的帶寬，提高了探測的精度和增強了儀器的檢出限。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供新的方法設(shè)計一種快速在線水體熒光儀，采用熒光分光部件檢測水體葉綠素a或其它熒光物質(zhì)在各個波長處的熒光強度，對各個波長處熒光強度進行變換得二階導(dǎo)數(shù)熒光光譜，二階導(dǎo)數(shù)熒光光譜的極值點反映了原始光譜的極大值點，二階導(dǎo)數(shù)光譜的正或負(fù)過零點反映了原始光譜強度增加或減小最快的點，其正和負(fù)過零點區(qū)域內(nèi)所包含的熒光強度面積代表了激發(fā)的葉綠素a的濃度，通過過零點熒光強度面積表征葉綠素a濃度的方式減少了其它熒光物質(zhì)所發(fā)熒光對葉綠素a的干擾，壓縮原始熒光光譜的帶寬并將不同種物質(zhì)熒光區(qū)分開來。

一種快速在線水體熒光儀的技術(shù)方案包含以下步驟：

步驟S101：激發(fā)光部件發(fā)射激發(fā)光束照射在水體，水體中的葉綠素a或其它熒光物質(zhì)由于受到激發(fā)產(chǎn)生熒光。

步驟S102：熒光聚集裝置采集激發(fā)的熒光，并將熒光照射到熒光分光部件上，由熒光分光部件記錄下熒光光譜。

步驟S103：根據(jù)采集到的熒光計算水體中的葉綠素a或其它熒光物質(zhì)的含量。

如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于：在S101步驟中，采用365nm的高強度紫外發(fā)光二極管照射水體產(chǎn)生葉綠素a的熒光或其它波段二極管照射產(chǎn)生其它熒光物質(zhì)，高強度紫外二極管經(jīng)過聚焦透鏡匯聚在水體探測點。

如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于：在S102步驟中，熒光儀的熒光分光部件，采用衍射光柵的方式實現(xiàn)熒光色散，分光部件將熒光按照波長大小照射在探測器單元上，探測器單元采用線陣CCD陣列。

如上所述的一種快速在線水體熒光儀，其特征在于：在S103步驟中，對步驟2中的熒光光譜做二階導(dǎo)數(shù)變換得到二階導(dǎo)數(shù)熒光光譜，將二階導(dǎo)數(shù)光譜極值點附近的正、負(fù)過零點所包含的導(dǎo)數(shù)光譜的面積和上傳至微控制器，由微控制器采集二階導(dǎo)數(shù)熒光光譜來計算葉綠素a的濃度。