CN104849223A - 一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法，该装置包括样品池、用于向所述样品池中发射光线的光源发生器、对经过所述样品池透射后的出射光线进行分光的全光谱仪和用于采集分析所述全光谱仪分光后出射光线的CCD检测器，所述CCD检测器的数据输出端连接CPU分析系统的数据输入端。整个装置具有性能稳定可靠、应用范围广、测定速度快、结构简单、环境效益好、市场价值高等优点，尤其对多组分有机污染废水浓度可以达到快速准确的测量的目的，具有可观的潜在应用前景，有望在今后的有机监测设备技术和环境污染监控领域得到广泛的推广和运用。

Description

一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法

技术领域

本发明属于有机监测设备技术及环境污染监控领域，涉及到一种在线检测设备，具体涉及到一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法。

背景技术

随着经济的发展，我国目前正面临着水资源短缺和水污染严重的环境问题。目前，由于经济的快速增长所引发的资源环境的危机目前已成为中国乃至全世界经济社会发展的严峻挑战。为了实现我国的可持续发展战略，必须有效地控制能源、资源的需求总量增长，实现用水总量的零增长。

目前国内外针对有机物的监测方法主要分为化学和生物两大类，前者多为色谱质谱法，仪器设备大型昂贵，检测项目单一通量小。样品前处理比较复杂，而且对于样品中新的未知物很难查出来，还有一类通常使用分光风度法检测，这种方法灵敏度低，检测项目非常有限。生物学检测方法比较繁琐、测定周期长、成本高，而且检测样品也比较单一，这些方法已经远远不能满足现如今社会发展的需要。

由此可见，寻找一种经济合理、适用面广、简便快捷的检测设备和方法势在必行。

发明内容

为了解决背景技术指出的现实问题，本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法。本装置设计合理、光谱范围宽、检测简便准确等优点，可以作为有机污染废水在线监测的一种新型检测手段。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置，该装置包括样品池、用于向所述样品池中发射光线的光源发生器、对经过所述样品池透射后的出射光线进行分光的全光谱仪和用于采集分析所述全光谱仪分光后出射光线的CCD检测器，所述CCD检测器的数据输出端连接CPU分析系统的数据输入端。

所述的光源发生器包括稳压电路、宽带光源、输出光纤和光电加载器，所述的稳压电路用于调控宽带光源，所述宽带光源发射的光线通过输出光纤和光电加载器射出。

所述的宽带光源能够同时发送190～1100nm不同波长的紫外可见光。

所述CCD检测器的分辨率能够达到1～2nm。

所述的样品池采用光程为10～50mm的石英比色皿，设有进样口和出样口。

所述的CPU分析系统内置有数据存储系统、显示系统、温控补偿系统、光控补偿系统以及扩展接口。

采用上述装置全光谱在线检测多种有机混合污染废水浓度的方法，所述光源发生器的发射光线照射到样品池的待测溶液中，并被待测溶液部分吸收后获得出射光线，出射光线通过全光谱仪分光光路进行分光后照射到CCD检测器，CCD检测器对分光后的出射光线进行采集分析并将检测数据发送到CPU分析系统中，CPU分析系统对各混合光谱信息进行分析得到测定结果。

所述的光源发生器包括稳压电路、宽带光源、输出光纤和光电加载器，经过稳压电路调控的恒稳宽带光源发射入射光线通过输出光纤和光电加载器照射到样品池的待测溶液中并被待测溶液部分吸收后获得出射光线。

所述的CPU分析系统内存储有待测目标污染物的特征图谱数据库。

所述的CPU分析系统对各种混合光谱分析的过程为通过全光谱积分值归一化校正光谱信号幅度，得到经过横坐标对齐和纵坐标幅度校正的光谱；求取各混合光谱间差值，并与数据库对比，可以得出分析结果。

所述的稳压电路通过计算机调控输出恒压电路。

所述光电加载器结构为本领域技术人员公知的，包括准直透镜、滤色片和光栅等构件。

所述的CPU分析系统内置有数据存储系统、显示系统、温控补偿系统、光控补偿系统以及扩展接口，所述的扩展接口可连接打印机、有线及无线数据输出接口。

利用本发明的方法，可以同时在线监测有机污染废水中多种污染物的浓度。已经成为现如有机污染废水监测的有效途径和发展方向。

本发明的有益效果：

(1)方法合理，技术可行，能快速检测出污染物浓度：由于本发明利用了不同物质对对应有特定的最大吸收波长，通过全光谱仪及CCD探测技术，可以同时检测出混合溶液中的多种污染物浓度。

(2)成本低：由于本发明沿用了当今较为先进的设备，可以通过购买现成的成套设备进行组装，而且可以同时检测多种目标物，相比目前市场上的检测设备，相对成本较为低廉。

(3)使用方便：本发明集成了仪器设备的驱动程序和数据处理程序，不需要过多的调节仪器的操作和步骤，因此，本发明在操作步骤上简单易行，使用起来非常方便。

(4)环境效益高，易于推广市场化：本发明集合了目前较为先进的技术，可以同时在线检测多种有机污染物的浓度，因此市场应用价值非常之高，也是未来有机污染废水监测的有效途径和发展方向。

附图说明

图1为多种有机污染废水浓度的全光谱在线监测方法的结构框图。

图2为多种有机污染废水浓度的全光谱在线监测装置的的运行示意图。

具体实施方式

以下结合附图对该发明的实施过程进行解释和分析：

如图1和图2所示，一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置，该装置包括样品池1、用于向所述样品池1中发射光线的光源发生器2、对经过所述样品池1透射后的出射光线进行分光的全光谱仪3和用于采集分析所述全光谱仪3分光后出射光线的CCD检测器4，所述CCD检测器4的数据输出端连接CPU分析系统5的数据输入端。

所述的光源发生器2包括稳压电路6、宽带光源7、输出光纤8和光电加载器14，经过稳压电路6调控的恒稳宽带光源7发射入射光线通过输出光纤8和光电加载器14照射到样品池1的待测溶液中并被待测溶液部分吸收后获得出射光线。

所述的宽带光源7能够同时发送190～1100nm不同波长的紫外可见光。所述CCD检测器4的分辨率能够达到1～2nm。所述的样品池1采用光程为10～50mm的石英比色皿，设有进样口和出样口。所述的CPU分析系统5内置有数据存储系统9、显示系统10、温控补偿系统12、光控补偿系统13以及扩展接口11。所述的扩展接口11可连接打印机、有线及无线数据输出接口。

所述的CPU分析系统5内存储有待测目标污染物的特征图谱数据库。所述的稳压电路通过计算机调控输出恒压电路。

所述光电加载器14结构为本领域技术人员公知的，包括准直透镜、滤色片和光栅等构件。

采用上述装置全光谱在线检测多种有机混合污染废水浓度的方法，经过稳压电路6调控的恒稳宽带光源7发射入射光线通过输出光纤8和光电加载器14照射到样品池1的待测溶液中并被待测溶液部分吸收后获得出射光线，出射光线通过全光谱仪3分光光路进行分光后照射到CCD检测器4，CCD检测器4对分光后的出射光线进行采集分析并将检测数据发送到CPU分析系统5中，CPU分析系统5对各混合光谱信息进行分析得到测定结果。所述的CPU分析系统5对各种混合光谱分析的过程为通过全光谱积分值归一化校正光谱信号幅度，得到经过横坐标对齐和纵坐标幅度校正的光谱；求取各混合光谱间差值，并与数据库对比，可以得出分析结果。

该方法是通过宽带光源产生的多个宽带波长激发照射到同一被测样品中，对应的特定物质对特定波长会有特定的吸收，从而会产生相应的削弱，通过采集这些光信号并进行计算机分析后可以直接获得对应的污染物浓度。

采用本发明的具体操作过程如下：

经过稳压电路6调控的稳压宽带光源7发射出入射光线通过输出光纤8和光电加载器14照射到样品池1中的待测溶液中并被待测溶液部分吸收后获得出射光线，光电加载器14内设有准直透镜、滤色片和光栅等构件。可以将发射出的光进行方向校正和滤光优化，出射光线通过全光谱仪3分光光路进行分光后照射到CCD检测器4上，CCD检测器4对分光后的出射光线进行采集分析并将检测数据发送到CPU分析系统5中，CPU分析系统5对各混合光谱信息进行分析得到测定结果，CPU分析系统5对其各种混合光谱，通过全光谱积分值归一化校正光谱信号幅度，得到经过横坐标对齐和纵坐标幅度校正的光谱；求取各混合光谱间差值，并与数据库对比，可以得出分析结果。CPU中的数据库可以通过对初始样品的多次采集与梯度浓度实验预处理，从而可以得到对应的某一系列物质的标准曲线图谱数据库。CPU分析系统5还连接有数据存储系统9、显示系统10、扩展接口11、温控补偿系统12和光控补偿系统13。

实施例：配制100mg/L的染料废水，按照梯度制成不同梯度的标液(mg/L):0，5，10，20，40，60，80，100，并通过该装置检测分析，通过计算机模拟建立数据库，与此同时，配制25mg/L的废水放入样品池进行数据库比对分析后得到的数据位24.93mg/L，实际监测数据与理论数据相当吻合，误差控制在可允许的范围之内。

本发明利用不同物质反应前后对特征光谱的吸收削弱度来分析实时浓度，具有测定速度快、探测灵敏度高、仪器操作简便可以同时在线检测等优点，适用于水中单个或多个污染物浓度的检测。

Claims (9)

1.一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置，其特征在于：该装置包括样品池、用于向所述样品池中发射光线的光源发生器、对经过所述样品池透射后的出射光线进行分光的全光谱仪和用于采集分析所述全光谱仪分光后出射光线的CCD检测器，所述CCD检测器的数据输出端连接CPU分析系统的数据输入端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的光源发生器包括稳压电路、宽带光源、输出光纤和光电加载器，所述的稳压电路用于调控宽带光源，所述宽带光源发射的光线通过输出光纤和光电加载器射出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的宽带光源能够同时发送190～1100nm不同波长的紫外可见光。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述CCD检测器的分辨率能够达到1～2nm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的样品池采用光程为10～50mm的石英比色皿，设有进样口和出样口。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的CPU分析系统内置有数据存储系统、显示系统、温控补偿系统、光控补偿系统以及扩展接口。

7.采用权利要求1所述装置全光谱在线检测多种有机混合污染废水浓度的方法，其特征在于：所述光源发生器的发射光线照射到样品池的待测溶液中，并被待测溶液部分吸收后获得出射光线，出射光线通过全光谱仪分光光路进行分光后照射到CCD检测器，CCD检测器对分光后的出射光线进行采集分析并将检测数据发送到CPU分析系统中，CPU分析系统对各混合光谱信息进行分析得到测定结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的CPU分析系统内存储有待测目标污染物的特征图谱数据库。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述的CPU分析系统对各种混合光谱分析的过程为通过全光谱积分值归一化校正光谱信号幅度，得到经过横坐标对齐和纵坐标幅度校正的光谱；求取各混合光谱间差值，并与数据库对比，可以得出分析结果。