CN110567899A - 一种cod检测低温补偿方法 - Google Patents

一种cod检测低温补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110567899A
CN110567899A CN201910926753.8A CN201910926753A CN110567899A CN 110567899 A CN110567899 A CN 110567899A CN 201910926753 A CN201910926753 A CN 201910926753A CN 110567899 A CN110567899 A CN 110567899A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cod
temperature
low
formula
temperature compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910926753.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110567899B (zh
Inventor
苏成志
李鑫
王恩国
姜吉光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN201910926753.8A priority Critical patent/CN110567899B/zh
Publication of CN110567899A publication Critical patent/CN110567899A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110567899B publication Critical patent/CN110567899B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种COD检测低温补偿方法，涉及环境监测技术领域，为了解决现有检测技术无法在低温下对COD进行温度补偿的问题，该方法包括：步骤一，采用二元三次多项式表示吸光度值z(x，y)与温度值x、COD浓度值y的函数关系；步骤二，采集不同温度、不同浓度下COD对应的吸光度；步骤三，确定z(x，y)的目标函数；步骤四，利用最小二乘法求函数z(x,y)的最优解步骤五，建立COD低温补偿模型；该方法采用最小二乘法，建立了温度、浓度、吸光度三者之间的COD低温补偿模型，解决了无法在低温(0℃‑20℃)对COD进行温度补偿的问题。所建模型直观性强，检测精度高，具有很好的实用性，能广泛地应用在自然水域的低温环境COD检测中。

Description

一种COD检测低温补偿方法
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种COD检测低温补偿方法。
背景技术
化学需氧量，即COD，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，指示了水体受还原性物质污染的程度。
COD检测方法中，光谱检测法是COD检测的有效方法。在野外水质COD温度检测时，不同温度下COD溶液的检测值相差很多。现有的文献中仅讨论了温度对COD的检测存在影响，例如期刊为《光谱学与光谱分析》，作者为毕卫红等，发表题目为“紫外光谱法检测COD中硝酸盐与温度影响的研究”，文中利用PLS算法进行内部交叉验证，建立对应的校正模型，运用校正模型对温度样本进行预测分析，得到COD预测值随温度的增加而变大，COD预测值和实际值之间有较大变化量的结论。该篇文章只是在(8.2℃-64.4℃)的温度范围内对标准水样中的COD预测值和实际值进行建模研究，并未建立温度补偿模型来减小温度对COD检测的影响。
目前针对野外自然水域的低温环境中对COD检测进行温度补偿的探究较少，在低温(0℃-20℃)环境下对COD检测的影响非常显著，因此建立一种能够在低温环境下对COD检测值进行实时补偿的方法是十分重要的。
发明内容
本发明为了解决现有检测技术无法在低温下对COD进行温度补偿的问题，提供一种COD检测低温补偿方法，该方法能够将低温水样(0℃-20℃)检测的COD值实时补偿为标准温度(20℃)下COD值，补偿效果好。
本发明采用的技术方案是：
一种COD检测低温补偿方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一，采用二元三次多项式表示吸光度值z(x，y)与温度值x、COD浓度值y的函数关系：
z(x,y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3 (1)；
式(1)中：x表示样本温度、y表示COD浓度值、z(x,y)表示吸光度值，α0,a1,…α9为式(1)的系数；
步骤二，采集不同温度、不同浓度下COD对应的吸光度；
利用全光谱光谱仪获得不同温度、不同浓度下的COD吸光度值，记录为(xi,yi,zi)(i＝1、2...n)，其中xi∈x，yi∈y,zi∈z(x，y)；
步骤三，确定z(x，y)的目标函数；
按照偏差平方和最小的原则确定目标函数，是关于未知数的目标函数，见下式(2)：
其中是式(1)中a0,a1,…a9的最优解；
步骤四，利用最小二乘法求函数z(x,y)的最优解
根据最小二乘法，当式(2)最小时，此时为最优解，求解式(2)极值点，即应满足式(3)：
解式(3)得：
式(4)中：
步骤五，建立COD低温补偿模型；
将式(4)代入方程(1)中，得COD低温补偿模型：
本发明的有益效果在于：该方法解决了无法在低温(0℃-20℃)对COD进行温度补偿的问题，采用最小二乘法，建立了温度、浓度、吸光度三者之间的COD低温补偿模型。能够在野外自然水域中配合温度传感系统,根据所建立的低温补偿模型将实际温度下的COD检测值实时补偿到标准温度(20℃)下的COD值。所建模型直观性强，检测精度高，补偿效果好且具有很好的实用性，能广泛地应用在自然水域的低温环境COD检测中。
附图说明
图1：本发明一种COD检测低温补偿方法所用的装置结构示意图。
图2：本发明一种COD检测低温补偿方法流程图。
图3：本发明所建立的COD低温补偿模型图。
图4：本发明中浓度为50mg/LCOD溶液吸光度低温补偿结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种COD检测低温补偿方法所用的装置，由全光谱光谱仪1、闪烁氙灯2、立式探头3、中控器4和电源模块5、显示平台6组成，全光谱光谱仪1与闪烁氙灯2的一端通过光纤连接中控器4，另一端通过光纤连接立式探头3，显示平台6通过数据线连接全光谱光谱仪1，整套装置通过电源模块5连接到中控器4上进行统一供电，中控器4用来控制闪烁氙灯2与全光谱光谱仪1信号同步。
一种COD检测低温补偿方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤一，建立吸光度z(x,y)与温度x、COD浓度y的函数关系。
z(x,y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3 (1)；
其中α0,a1,…α9为式(1)的系数
步骤二，采集不同温度,不同浓度下COD对应的吸光度。
将立式探头3放入装满蒸馏水的烧杯中，采用蒸馏水作为空白组对照试验，先进行空白校准,然后进行COD吸光度测量，闪烁氙灯2的光源通过光纤发射到立式探头3的烧杯中，立式探头3将光通过光纤反射，全光谱光谱仪1将反射回来的光进行数据采集，得到的COD吸光度数据与空白校准数据通过连接在全光谱光谱仪1上的数据线传输到显示平台6中，实验样品为依据国标规定的重铬酸钾法所配比的高浓度COD标准溶液，通过移液器、烧杯、量筒将高浓度标准溶液分别稀释到不同浓度下的COD标准溶液，将浓度值记为yi,通过电磁恒温搅拌器使温度控制在0—30℃不同温度下，使用针式温度计测得其所对应的温度值xi，通过全光谱光谱仪1采集C0D吸光度值zi，记录为(xi,yi,zi)，实验数据具体见表1:
表1
步骤三，确定函数z(x,y)的目标函数。
按照偏差平方和最小的原则确定目标函数，是关于未知数的目标函数。具体见下式(2)
其中是式(1)中a0,a1,…a9的最优解。
步骤四，利用最小二乘法求函数z(x,y)的最优解
根据最小二乘法，当式(2)最小时，此时为最优解，求解式(2)极值点，即应满足式(3)。
解式(3)得：
式(4)中：
步骤五，建立COD低温补偿模型。
将解得的：
代入方程(1)中，得COD温度补偿模型：
将式(5)通过显示平台6中的Matlab软件进行仿真，得到的COD低温补偿模型，如图3所示。
对上述方法中不同温度、不同浓度的检测进行补偿验证。
记录全光谱光谱仪获得不同温度、不同浓度下的COD吸光度值，将数据代入入COD低温补偿模型(7)，从而得到补偿后的值即为水样的COD真实吸光度值。例如：选用浓度为50mg/L COD标准溶液作为模型补偿对象，所用全光谱光谱仪在水样温度为5℃时，其输出真是浓度为50mg/L，即x＝5，y＝50将x、y代入式(7)即可得到标准温度下COD吸光度值z＝0.3241。
温度补偿后紫外光谱数据模型中50mg/L的COD溶液吸光度的平均偏差Bi＝0.0057。Bi值越小，模型的补偿效果越好，其表达式如下。
其中为模型的预测值；yi为标准值；n为采集样本数。低温补偿数据见表2，低温补偿结果如图4所示，该图表示了50mg/L的COD吸光度补偿值与真实值的偏差情况，在温度范围为0℃到20℃时，COD补偿吸光度值均低于真实吸光度值，且最大相对误差为5.26％，最小相对误差为15℃时补偿值与实际值的误差0.58％，在温度范围为20℃到30℃时，COD补偿吸光度值均高于真实吸光度值，且最大相对误差为11.5％时，最小相对误差为3.33％。
表2

Claims (1)

1.一种COD检测低温补偿方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一，采用二元三次多项式表示吸光度值z(x，y)与温度值x、COD浓度值y的函数关系：
z(x,y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3 (1)；
式(1)中：x表示样本温度、y表示COD浓度值、z(x,y)表示吸光度值，α0,α1,…α9为式(1)的系数；
步骤二，采集不同温度、不同浓度下COD对应的吸光度；
利用全光谱光谱仪获得不同温度、不同浓度下的COD吸光度值，记录为(xi,yi,zi)(i＝1，2...n)，其中xi∈x，yi∈y,zi∈z(x，y)；
步骤三，确定z(x，y)的目标函数；
按照偏差平方和最小的原则确定目标函数，是关于未知数的目标函数，见下式(2)：
其中是式(1)中a0,a1,…a9的最优解；
步骤四，利用最小二乘法求函数z(x,y)的最优解
根据最小二乘法，当式(2)最小时，此时为最优解，求解式(2)极值点，即应满足式(3)：
解式(3)得：
式(4)中：
步骤五，建立COD低温补偿模型；
将式(4)代入方程(1)中，得COD低温补偿模型：
CN201910926753.8A 2019-09-27 2019-09-27 一种cod检测低温补偿方法 Active CN110567899B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910926753.8A CN110567899B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种cod检测低温补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910926753.8A CN110567899B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种cod检测低温补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110567899A true CN110567899A (zh) 2019-12-13
CN110567899B CN110567899B (zh) 2021-07-23

Family

ID=68782959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910926753.8A Active CN110567899B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种cod检测低温补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110567899B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111929262A (zh) * 2020-06-30 2020-11-13 上海亨通海洋装备有限公司 水质cod预测方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002040989A1 (en) * 2000-11-14 2002-05-23 Biotel Co., Ltd. Easy-to-use portable meter
DE102005062388A1 (de) * 2005-12-23 2007-06-28 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Kalibrierung im Laborreferenzverfahren
CN104251824A (zh) * 2014-09-26 2014-12-31 南京农业大学 一种多光谱作物生长传感器温度补偿模型的构建方法
CN105352898A (zh) * 2015-10-14 2016-02-24 浙江大学 一种基于光谱法cod检测的浊度补偿方法
CN105445344A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 桂林电子科技大学 一种水环境重金属检测系统的温度补偿方法
CN106872378A (zh) * 2017-01-13 2017-06-20 中南大学 一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法
CN108107011A (zh) * 2017-12-30 2018-06-01 北方工业大学 一种基于双光源水质cod检测参数的智能传感器
CN109323997A (zh) * 2018-09-30 2019-02-12 宁波万泽微测环境科技股份有限公司 应用于总磷测定的浊度补偿模型的建立方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002040989A1 (en) * 2000-11-14 2002-05-23 Biotel Co., Ltd. Easy-to-use portable meter
DE102005062388A1 (de) * 2005-12-23 2007-06-28 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Kalibrierung im Laborreferenzverfahren
CN104251824A (zh) * 2014-09-26 2014-12-31 南京农业大学 一种多光谱作物生长传感器温度补偿模型的构建方法
CN105352898A (zh) * 2015-10-14 2016-02-24 浙江大学 一种基于光谱法cod检测的浊度补偿方法
CN105445344A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 桂林电子科技大学 一种水环境重金属检测系统的温度补偿方法
CN106872378A (zh) * 2017-01-13 2017-06-20 中南大学 一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法
CN108107011A (zh) * 2017-12-30 2018-06-01 北方工业大学 一种基于双光源水质cod检测参数的智能传感器
CN109323997A (zh) * 2018-09-30 2019-02-12 宁波万泽微测环境科技股份有限公司 应用于总磷测定的浊度补偿模型的建立方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHOU KUN PENG ET AL.: "Influence of temperature and turbidity on water COD de-tection by UV absorption spectroscopy", 《OPTOELECTRONICS LETTER》 *
毕卫红 等: "紫外光谱法检测COD中硝酸盐与温度影响的研究", 《光谱学与光谱分析》 *
陈晓东 等: "氨气敏电极温度补偿模型研究", 《传感器与微系统》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111929262A (zh) * 2020-06-30 2020-11-13 上海亨通海洋装备有限公司 水质cod预测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110567899B (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109799203B (zh) 一种水体中cod浓度的宽量程高精度光谱检测方法
CN110672805A (zh) 一种基于航空高光谱数据的水库水质参数定量反演方法
CN102661923A (zh) 一种复合型水质多参数在线自动监测仪
CN103983595A (zh) 一种基于紫外-可见光谱处理的水质浊度解算方法
CN111220559A (zh) 一种管道式全光谱水质检测装置及其方法
Pandey et al. Packaged negative axicon optical fiber probe and Bessel beam interferometry for refractive index measurement of hazardous liquid samples
CN110567899B (zh) 一种cod检测低温补偿方法
CN101949825B (zh) 光开放环境下的叶片水分近红外无损检测装置及方法
CN114894725A (zh) 一种水质多参数的光谱数据Stacking融合模型及水质多参数测量方法
CN101943658A (zh) 主元分析理论和光谱分析技术结合对水质连续监测的方法
Holobar et al. Experimental results on an optical pH measurement system for bioreactors
CN111929262A (zh) 水质cod预测方法
CN201540249U (zh) 一种自动激光诱导荧光光谱测量装置
Zhou et al. Detection of chemical oxygen demand in water based on UV absorption spectroscopy and PSO-LSSVM algorithm
CN106644995A (zh) 一种基于紫外可见光谱检测的水质检测系统
CN106596433A (zh) 一种带有加热系统的水质检测系统
CN113189032A (zh) 一种基于液芯波导的水质在线检测系统及检测方法
CN114166769B (zh) 一种紫外-可见光谱水质多参数监测系统
Tang et al. Multi-channel optical sensing system with a BP-ANN for heavy metal detection
CN109975275A (zh) 提高激光诱导击穿光谱测量煤中氮元素精度的方法
Palmer et al. Online monitoring of biomass accumulation in recombinant yeast cultures
CN216051366U (zh) 一种基于液芯波导的水质在线检测系统
CN112432920A (zh) 一种透反射式温度传感近红外探头测量系统
Yi et al. Measurement of CH4 by differential infrared optical absorption spectroscopy
CN117388204B (zh) 一氧化氮气体分析系统、方法及计算机可读存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant