CN114814071A - 基于离子色谱法的水质检测方法 - Google Patents

基于离子色谱法的水质检测方法 Download PDF

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CN114814071A CN202210687518.1A CN202210687518A CN114814071A CN 114814071 A CN114814071 A CN 114814071A CN 202210687518 A CN202210687518 A CN 202210687518A CN 114814071 A CN114814071 A CN 114814071A
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Abstract

本发明涉及数据采集技术领域，一种基于离子色谱法的水质检测方法，包括：选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8‑14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0‑4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件。本发明可解决执行水质检测周期长、准确性低以及仪器、药剂耗资较大的问题，降低水质检测的成本。

Description

基于离子色谱法的水质检测方法
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种基于离子色谱法的水质检测方法。
背景技术
水质检测作为环境监测中的重要组成部分，在我国环境保护以及社会经济的发展过程中发挥着重要的作用。目前，我国水污染情况严重，加强对水质的，在所述离子色谱检测系统内，并采取相应的措施有效减少水污染等工作刻不容缓。目前检测水质的方法有很多，例如氟离子选择电极法测定氟离子、分光光度法测定磷酸根离子、重量法测定硫酸根离子等等，但这些方法往往需要单一测定，耗费较大，效率较低。
发明内容
本发明提供一种基于离子色谱法的水质检测方法，其主要目的在于解决水质检测周期长、准确性低以及仪器、药剂耗资较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于离子色谱法的水质检测方法，包括：
选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：
将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；
根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；
将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统，在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。
可选地，所述选取采样区域，包括：
设置10个水质采样点，检测10个所述水质采样点中的悬浮物、耗氧量、BOD氧亏浓度、DO氧亏浓度、BOD沉降及复氧；
所述水质采样点随机采样检测表达式：
Figure 349062DEST_PATH_IMAGE001
Figure 348242DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 507959DEST_PATH_IMAGE003
代表的是BOD氧亏浓度；
Figure 356704DEST_PATH_IMAGE004
代表的是DO氧亏浓度；U代表的是重度污染区域河流的平均流速；
Figure 260069DEST_PATH_IMAGE005
为耗氧系数，
Figure 379335DEST_PATH_IMAGE006
为BOD沉降及复氧系数，
Figure 8156DEST_PATH_IMAGE007
为再悬浮系数；L和D代表的是非点源负荷。
可选地，所述阳离子条件由淋洗液，流速为1.0mL/min，抑制电流为50mA，进样量为25
Figure 783345DEST_PATH_IMAGE008
构建；所述阴离子条件由淋洗液，流速为1.0mL/min，抑制电流为180 mA构建，进样量为25
Figure 287138DEST_PATH_IMAGE008
构建。
可选地，所述淋洗液的制备方法，包括：
称量1. 8mM碳酸钠0. 191g，1. 7mM碳酸氢钠0. 143g于烧杯中；
用经抽滤脱气后的超纯水溶解所述碳酸钠及碳酸氢钠，待充分溶解后，转移至1000mL容量瓶中，定容至1000mL 并充分摇匀得到所述淋洗液。
可选地，所述检测模块用于检测所述待检测溶液，所述数据采集与传输模块用于收集所述待检测溶液的数据信息并传输于参数运算模块，所述参数运算模块用于处理所述待检测溶液的数据信息形成待检测溶液的离子色谱图。
可选地，所述检测模块包括光谱检测单元与水样流路控制单元。
可选地，所述数据采集与传输模块包括数据采集单元与同步采集单元，所述参数运算模块包括光谱数据前处理单元与水质参数建模与预测单元。
可选地，所述在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，包括：
对所述阳离子条件与阴离子条件中阳离子、阴离子与所述待检测溶液中存在不同的阴离子或阳离子执行连续置换操作，得到所述待检测溶液中离子的置换程度，置换程度表达式为：
Figure 962708DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 260965DEST_PATH_IMAGE010
表示待检测溶液留存成分的留存时间，
Figure 36634DEST_PATH_IMAGE011
表示待检测溶液非留存成分的留存时间；
获取所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度，计算所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度的比值，获取所述待检测溶液中任意两种离子的分离难度，得到所述任意两种离子的色谱峰宽度，分离难度表达式为：
Figure 344119DEST_PATH_IMAGE012
根据所述待检测溶液中任意两种离子成分的色谱峰的中心点距离与两种离子色谱峰宽度
Figure 172398DEST_PATH_IMAGE013
的均值的比值，计算所述待检测溶液中离子的分离程度，得到所述待检测溶液的离子色谱图，分离程度表达式为：
Figure 343354DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 889873DEST_PATH_IMAGE015
为两种离子成分留存时间的差值。
可选地，所述配制标准溶液，包括：
量取0.25g经105℃干燥处理的优质纯净
Figure 938731DEST_PATH_IMAGE016
，用亚沸蒸发水进行定容，配制成浓度为150
Figure 388560DEST_PATH_IMAGE017
的氟化钠储备溶液；
倒入聚乙烯容器中保存备用，使用时再用亚沸水进行稀释，配制成15
Figure 231883DEST_PATH_IMAGE017
的氟化钠标准使用液，用标准使用液与亚沸水配制
Figure 265698DEST_PATH_IMAGE018
浓度分别为0.00 mg/L、0. 25 mg/L、0.50 mg/L、1. 00 mg/L、2. 00mg/L和4.00mg/L的标准溶液。
可选地，所述采样区域的水质污染进行预警，包括：
对所述待检测溶液进行数据预处理，设置所述待检测溶液的水质参数的标准化，水质参数的标准化表达式为：
Figure 351203DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 154074DEST_PATH_IMAGE020
为标准化后t时刻的水质信号，
Figure 230615DEST_PATH_IMAGE021
为未标准化后t时刻的水质信号，
Figure 190874DEST_PATH_IMAGE022
为未标准化的信号序列，max与min表示取最大值与最小值；
对所述标准溶液进行数据预处理，设置所述标准溶液的水质参数的标准化，记为
Figure 315956DEST_PATH_IMAGE023
；
将不同时刻所述待检测溶液的水质参数组合成向量，进行聚类分析，记为：
Figure 737447DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 984889DEST_PATH_IMAGE025
为第n个水质参数的标准化值；
计算所述待检测溶液不同水质参数的异常得分，与所述标准溶液的水质参数标准化
Figure 930980DEST_PATH_IMAGE023
比较，判断异常状态，获取所述采样区域的水质污染预警情况，异常得分计算公式为：
Figure 423534DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 138680DEST_PATH_IMAGE027
为向量的距离函数，
Figure 557023DEST_PATH_IMAGE028
为第i个距离中心向量。
为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
存储器，存储至少一个指令；及
处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现上述所述的基于离子色谱法的水质检测方法。
为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的基于离子色谱法的水质检测方法。
相比于背景技术所述：传统水质检测氟离子选择电极法测定氟离子、分光光度法测定磷酸根离子、重量法测定硫酸根离子等等，但这些方法往往需要单一测定，耗费较大，效率较低，导致资源浪费，检测成本高。本发明实施例为解决背景技术所述问题，选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，通过选取采样区域，能够获取不同的水质样本，通过检测不同区域的水质样本，从而提高水质检测的准确率；将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液，通过硫酸根与水浴加热处理水质样本，硫酸根在化工行业中是很常见的物质，而且资源丰富，从而使降低处理水质样本的成本；根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统中，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，通过离子色谱检测系统中阳离子条件与阴离子条件能够分离有机阴离子、无机阴离子、有机阳离子、无机阳离子，从而提高水质检测的效率，降低水质检测周期；配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。因此本发明提出的基于离子色谱法的水质检测方法、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决水质检测周期长、准确性低以及仪器、药剂耗资较大问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于离子色谱法的水质检测方法的流程示意图；
图2为图1中另一个步骤离子色谱检测系统的详细实施流程示意图；
图3为图1中另一个步骤离子采样区域的水质污染预警的方法的详细实施流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的离子色谱检测系统的功能模块图；
图5为本发明一实施例提供的实现所述基于离子色谱法的水质检测方法的电子设备的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请实施例提供一种基于离子色谱法的水质检测方法。所述基于离子色谱法的水质检测方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述基于离子色谱法的水质检测方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。
参照图1、图2与图3所示，为本发明一实施例提供的基于离子色谱法的水质检测方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于离子色谱法的水质检测方法包括：
选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：
将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；
需要解释的是，本发明实施例中，采用IonPacAS11-HC阴离子交换柱( 4mm×250mm) ，lon Pac AC11-HC保护柱( 4mm×50mm)，柱温30℃，以KOH溶液梯度洗脱(O~13min，12~20mmol L-')，洗脱时间13min，自循环抑制模式，抑制电流75mA，进样量25pL。
根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；
将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统中，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。
进一步地，所述选取采样区域，包括：
设置10个水质采样点，检测10个所述水质采样点中的悬浮物、耗氧量、BOD氧亏浓度、DO氧亏浓度、BOD沉降及复氧；
所述水质采样点随机采样检测表达式：
Figure 223366DEST_PATH_IMAGE029
Figure 18147DEST_PATH_IMAGE030
式中，
Figure 77545DEST_PATH_IMAGE031
代表的是BOD氧亏浓度；
Figure 666790DEST_PATH_IMAGE032
代表的是DO氧亏浓度；U代表的是重度污染区域河流的平均流速；
Figure 587472DEST_PATH_IMAGE033
为耗氧系数，
Figure 418900DEST_PATH_IMAGE034
为BOD沉降及复氧系数，
Figure 843059DEST_PATH_IMAGE035
为再悬浮系数；L和D代表的是非点源负荷。
本发明实施例中，选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
需要解释的是，采集的水质样本为瞬时水样，采样时将采样器沉至水面下0.3～0.5m，避开排污口，采样量不少于2L。采集完成后，将水质水样运回实验室预处理，所有检测在采集后24h内完成。
由此可见，水质检测时，能够随机获取到不同地点的水质样本，多个水质样本同时进行，在所述离子色谱检测系统内，能够提高水质检测的精确度。
进一步地，所述阳离子条件由淋洗液，流速为1.0mL/min，抑制电流为50mA，进样量为25
Figure 307932DEST_PATH_IMAGE036
构建；所述阴离子条件由淋洗液，流速为1.0mL/min，抑制电流为180mA构建，进样量为25
Figure 512648DEST_PATH_IMAGE036
构建。
需要解释的是，离子色谱法是根据离子形成原理、吸附原理相结合，实现离子分离任务，在水质分析中采用离子色谱法能有效分离水中的阴阳离子以及杂质离子，因此能够判断水质的纯净情况。
进一步地，所述淋洗液的制备方法，包括：
称量1. 8mM碳酸钠0. 191g，1. 7mM碳酸氢钠0. 143g于烧杯中；
用经抽滤脱气后的超纯水溶解所述碳酸钠及碳酸氢钠，待充分溶解后，转移至1000mL容量瓶中，定容至1000mL 并充分摇匀得到所述淋洗液。
由上述可知，对于比较常见的阳离子和阴离子进行分析，具有比较好的选择性。离子色谱法可以通过选择恰当的分离方式来分析有机阴离子、无机阴离子、有机阳离子、无机阳离子。
进一步地，所述检测模块用于检测所述水质样本，所述数据采集与传输模块用于收集所述水质样本数据信息并传输于参数运算模块，所述参数运算模块用于处理所述水质样本的数据信息形成水质样本的离子色谱图。
进一步地，所述检测模块包括光谱检测单元与水样流路控制单元。
进一步地，所述数据采集与传输模块包括数据采集单元与同步采集单元，所述参数运算模块包括光谱数据前处理单元与水质参数建模与预测单元。
需要解释的是，水样流路控制单元。光谱数据采集过程中水样是抽离原位灌入检测室进行光谱检测的，期间需控制抽水水泵的运转以及排水口的开关，使得水样在检测前充满检测室便于测量，同时检测前后需要对检测室内壁进行清洗，防止污染残留影响检测结果。光谱仪数据采集与储存单元，光谱仪数据的传输工作由工控机程序来执行完成，主要功能是将光谱仪检测到的数据传输到工控机中并储存。采集过程中需要建立微控制器与工控机之间的通讯，通过命令的收发来同步光谱采集与数据提取，区分储存不同光谱检测方法的数据。同步采集单元，由于检测流程程序与参数运算程序分别存储于微控制器和工控机中，而数据采集的时间点需要通过检测室的位置来确定，因此需要通过同步采集命令来实现数据采集与硬件位置的同步，以保证光谱数据的正确性
进一步地，所述在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，包括：
所述阳离子条件与阴离子条件中阳离子、阴离子与所述待检测溶液中存在不同的阴离子或阳离子执行连续置换操作，得到所述待检测溶液中离子的置换程度，置换程度表达式为：
Figure 586915DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 426432DEST_PATH_IMAGE037
表示待检测溶液留存成分的留存时间，
Figure 560742DEST_PATH_IMAGE038
表示待检测溶液非留存成分的留存时间；
获取所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度，计算所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度的比值，获取所述待检测溶液中任意两种离子的分离难度，得到所述任意两种离子的色谱峰宽度，分离难度表达式为：
Figure 252754DEST_PATH_IMAGE012
所述待检测溶液中任意两种离子成分的色谱峰的中心点距离与两种离子色谱峰宽度
Figure 366597DEST_PATH_IMAGE039
的均值的比值，计算所述待检测溶液中离子的分离程度，得到所述待检测溶液的离子色谱图，分离程度表达式为：
Figure 827665DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 195193DEST_PATH_IMAGE040
为两种离子成分留存时间的差值，R的值越大，说明分离程度越好，离子色谱图效果越好。
进一步地，所述所述配制标准溶液，包括：
量取0.25g经105℃干燥处理的优质纯净
Figure 545140DEST_PATH_IMAGE041
，用亚沸蒸发水进行定容，配制成浓度为150
Figure 23526DEST_PATH_IMAGE042
的氟化钠储备溶液；
倒入聚乙烯容器中保存备用，使用时再用亚沸水进行稀释，配制成15
Figure 43828DEST_PATH_IMAGE042
的氟化钠标准使用液，用标准使用液与亚沸水配制
Figure 316678DEST_PATH_IMAGE043
浓度分别为0.00 mg/L、0. 25 mg/L、0.50 mg/L、1. 00 mg/L、2. 00mg/L和4.00mg/L的标准溶液。
需要解释的是，本发明实施例中，分别对配比得到的6种不同浓度的氟化钠溶液进行进样分析，根据待检测溶液的离子浓度与得到的色谱峰值绘制回归曲线，根据浓度为0.00mg/L的标准溶液得到空白溶液的基线色谱图，可获得氟离子的检出限为0.055 mg/L。通过色谱法的参数计算，调节实验中淋洗液的浓度与淋洗速度，调整离子色谱检测系统的进样量，以达到最优的实验效果，保证检测结果的准确度，对样品进行测定，将待检测溶液与配比得到的标准溶液分别添加到设备的进样瓶中，调整淋洗剂的流速为1.5 mL/ min，样本进入量为30 uL，实验电流为85 mA，色谱分离柱箱的温度为25度，通过离子色谱检测系统对数据进行采集与分析。
本发明实施例中，构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；对于比较常见的阳离子和阴离子进行分析，具有比较好的选择性。离子色谱法可以通过选择恰当的分离方式来分析有机阴离子、无机阴离子、有机阳离子、无机阳离子。
进一步地，所述采样区域的水质污染进行预警，包括：
对所述待检测溶液进行数据预处理，设置所述待检测溶液的水质参数的标准化，水质参数的标准化表达式为：
Figure 920965DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 435998DEST_PATH_IMAGE045
为标准化后t时刻的水质信号，
Figure 809342DEST_PATH_IMAGE046
为未标准化后t时刻的水质信号，
Figure 253093DEST_PATH_IMAGE047
为未标准化的信号序列，max与min表示取最大值与最小值；
对所述标准溶液进行数据预处理，设置所述标准溶液的水质参数的标准化，记为
Figure 920177DEST_PATH_IMAGE048
；
将不同时刻所述待检测溶液的水质参数组合成向量，进行聚类分析，记为：
Figure 678049DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 968216DEST_PATH_IMAGE049
为第n个水质参数的标准化值；
计算所述待检测溶液不同水质参数的异常得分，与所述标准溶液的水质参数标准化
Figure 284665DEST_PATH_IMAGE048
比较，判断异常状态，获取所述采样区域的水质污染预警情况，异常得分计算公式为：
Figure 660283DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 457731DEST_PATH_IMAGE051
为向量的距离函数，
Figure 867984DEST_PATH_IMAGE052
为第i个距离中心向量。
需要解释的是，本发明实施例中，水质信号包含待检测溶液原始的水质信号、来自污染物入侵导致的变化、来及仪器背景噪声等，待检测溶液标准化就是为了噪声信号中找到污染物导致变化的部分。
相比于背景技术所述：传统水质检测氟离子选择电极法测定氟离子、分光光度法测定磷酸根离子、重量法测定硫酸根离子等等，但这些方法往往需要单一测定，耗费较大，效率较低，导致资源浪费，检测成本高。本发明实施例为解决背景技术所述问题，选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，通过选取采样区域，能够获取不同的水质样本，通过检测不同区域的水质样本，从而提高水质检测的准确率；将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液，通过硫酸根与水浴加热处理水质样本，硫酸根在化工行业中是很常见的物质，而且资源丰富，从而使降低处理水质样本的成本；根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统中，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，通过离子色谱检测系统中阳离子条件与阴离子条件能够分离有机阴离子、无机阴离子、有机阳离子、无机阳离子，从而提高水质检测的效率，降低水质检测周期；配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。因此本发明提出的基于离子色谱法的水质检测方法、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决水质检测周期长、准确性低以及仪器、药剂耗资较大问题。
参阅图4所示，为本发明实施例，其中主要包括将所述待检测溶液注入离子色谱检测系统中，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
进一步地，所述检测模块用于检测所述待检测溶液，所述数据采集与传输模块用于收集所述待检测溶液数据信息并传输于参数运算模块，所述参数运算模块用于处理所述待检测溶液的数据信息形成水质样本的离子色谱图。
进一步地，所述检测模块包括光谱检测单元与水样流路控制单元。
进一步地，所述数据采集与传输模块包括数据采集单元与同步采集单元，所述参数运算模块包括光谱数据前处理单元与水质参数建模与预测单元。
需要解释的是，水样流路控制单元。光谱数据采集过程中水样是抽离原位灌入检测室进行光谱检测的，期间需控制抽水水泵的运转以及排水口的开关，使得水样在检测前充满检测室便于测量，同时检测前后需要对检测室内壁进行清洗，防止污染残留影响检测结果。光谱仪数据采集与储存单元，光谱仪数据的传输工作由工控机程序来执行完成，主要功能是将光谱仪检测到的数据传输到工控机中并储存。采集过程中需要建立微控制器与工控机之间的通讯，通过命令的收发来同步光谱采集与数据提取，区分储存不同光谱检测方法的数据。同步采集单元，由于检测流程程序与参数运算程序分别存储于微控制器和工控机中，而数据采集的时间点需要通过检测室的位置来确定，因此需要通过同步采集命令来实现数据采集与硬件位置的同步，以保证光谱数据的正确性。
进一步地，所述在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，包括：
所述阳离子条件与阴离子条件中阳离子、阴离子与所述待检测溶液中存在不同的阴离子或阳离子执行连续置换操作，得到所述待检测溶液中离子的置换程度，置换程度表达式为：
Figure 591220DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 952669DEST_PATH_IMAGE053
表示待检测溶液留存成分的留存时间，
Figure 52343DEST_PATH_IMAGE054
表示待检测溶液非留存成分的留存时间；
获取所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度，计算所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度的比值，获取所述待检测溶液中任意两种离子的分离难度，得到所述任意两种离子的色谱峰宽度，分离难度表达式为：
Figure 756251DEST_PATH_IMAGE012
所述待检测溶液中任意两种离子成分的色谱峰的中心点距离与两种离子色谱峰宽度
Figure 978284DEST_PATH_IMAGE055
的均值的比值，计算所述待检测溶液中离子的分离程度，得到所述待检测溶液的离子色谱图，分离程度表达式为：
Figure 266177DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 464815DEST_PATH_IMAGE056
为两种离子成分留存时间的差值，R的值越大，说明分离程度越好，离子色谱图效果越好。
相比于背景技术所述：传统水质检测氟离子选择电极法测定氟离子、分光光度法测定磷酸根离子、重量法测定硫酸根离子等等，但这些方法往往需要单一测定，耗费较大，效率较低，导致资源浪费，检测成本高。本发明实施例为解决背景技术所述问题，选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，通过选取采样区域，能够获取不同的水质样本，通过检测不同区域的水质样本，从而提高水质检测的准确率；将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液，通过硫酸根与水浴加热处理水质样本，硫酸根在化工行业中是很常见的物质，而且资源丰富，从而使降低处理水质样本的成本；根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统中，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，通过离子色谱检测系统中阳离子条件与阴离子条件能够分离有机阴离子、无机阴离子、有机阳离子、无机阳离子，从而提高水质检测的效率，降低水质检测周期；配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。因此本发明提出的基于离子色谱法的水质检测方法、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决水质检测周期长、准确性低以及仪器、药剂耗资较大问题。
如图5所示，是本发明一实施例提供的实现基于离子色谱法的水质检测方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1可以包括处理器10、存储器11和总线12，还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器10上运行的计算机程序，如微流控制芯片的水质检测方法程序。
其中，所述存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如：SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是电子设备1的内部存储单元，例如该电子设备1的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是电子设备1的外部存储设备，例如电子设备1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡（Smart Media Card， SMC）、安全数字（SecureDigital， SD）卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器11还可以既包括电子设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于电子设备1的应用软件及各类数据，例如微流控制芯片的水质检测方法程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述处理器10在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器（Central Processing unit，CPU）、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器10是所述电子设备的控制核心（Control Unit），利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块（例如基于离子色谱法的水质检测方法程序等），以及调用存储在所述存储器11内的数据，以执行电子设备1的各种功能和处理数据。
所述总线12可以是外设部件互连标准（peripheral component interconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standard architecture，简称EISA）总线等。该总线12可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线12被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器10等之间的连接通信。
图4仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图4示出的结构并不构成对所述电子设备1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
例如，尽管未示出，所述电子设备1还可以包括给各个部件供电的电源（比如电池），优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器10逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
进一步地，所述电子设备1还可以包括网络接口，可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口（如WI-FI接口、蓝牙接口等），通常用于在该电子设备1与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该电子设备1还可以包括用户接口，用户接口可以是显示器（Display）、输入单元（比如键盘（Keyboard）），可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
所述电子设备1中的所述存储器11存储的微流控制芯片的水质检测方法程序是多个指令的组合，在所述处理器10中运行时，可以实现：
选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：
将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；
根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；
将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统，在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。
具体地，所述处理器10对上述指令的具体实现方法可参考图1至图4对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。
进一步地，所述电子设备1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时，可以实现：
选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：
将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；
根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；
将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统，在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，包括：
选取采样区域，并利用水质采样器向所述采样区域进行采样，其中，所述采样包括：
将所述采样区域的水质搅浑，且搅浑深度为该区域水深的1/2，等待8-14min后，利用所述水质采样器对该区域的水源进行采集形成水质样本；
向所述水质样本中加入适量的过硫酸根，水浴加热至70℃反应0-4h后，放冷取样经孔径0.22μm滤膜过滤、色谱柱后直接进样，得到待检测溶液；
根据所述待检测溶液构建离子色谱条件，其中所述离子色谱条件包括阳离子条件与阴离子条件；
将所述待检测溶液注入预构建的离子色谱检测系统，在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，所述离子色谱检测系统包括检测模块、数据采集与传输模块、参数运算模块；
配制标准溶液，将所述标准溶液注入所述离子色谱检测系统，获得所述标准溶液的离子色谱图，对比所述待检测溶液的离子色谱图，得到水质检测结果，并对所述采样区域的水质污染进行预警。
2.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述选取采样区域，包括：
设置10个水质采样点，检测10个所述水质采样点中的悬浮物、耗氧量、BOD氧亏浓度、DO氧亏浓度、BOD沉降及复氧；
将10个所述水质采样点中的悬浮物、耗氧量、BOD氧亏浓度、DO氧亏浓度、BOD沉降及复氧代入预构建的水质采样点随机采样检测表达式中，计算得到水质采样点的检测值，根据所述检测值确定所述采样区域；
其中，所述水质采样点随机采样检测表达式：
Figure 688214DEST_PATH_IMAGE001
Figure 982185DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 637288DEST_PATH_IMAGE003
代表的是BOD氧亏浓度；
Figure 406399DEST_PATH_IMAGE004
代表的是DO氧亏浓度；U代表的是重度污染区域河流的平均流速；
Figure 158454DEST_PATH_IMAGE005
为耗氧系数，
Figure 357748DEST_PATH_IMAGE006
为BOD沉降及复氧系数，
Figure 500147DEST_PATH_IMAGE007
为再悬浮系数；L和D代表的是非点源负荷。
3.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述阳离子条件由淋洗液，流速为1.0mL/min，抑制电流为50mA，进样量为25
Figure 636731DEST_PATH_IMAGE008
构建；所述阴离子条件由淋洗液，流速为1.0 mL/min，抑制电流为180 mA构建，进样量为25
Figure 679511DEST_PATH_IMAGE008
构建。
4.如权利要求3所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述淋洗液的制备方法，包括：
称量1. 8mM碳酸钠0. 191g，1. 7mM碳酸氢钠0. 143g于烧杯中；
用经抽滤脱气后的超纯水溶解所述碳酸钠及碳酸氢钠，待充分溶解后，转移至1000mL容量瓶中，定容至1000mL 并充分摇匀得到所述淋洗液。
5.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述检测模块用于检测所述待检测溶液，所述数据采集与传输模块用于收集所述待检测溶液的数据信息并传输于参数运算模块，所述参数运算模块用于处理所述待检测溶液的数据信息形成待检测溶液的离子色谱图。
6.如权利要求5所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述检测模块包括光谱检测单元与水样流路控制单元。
7.如权利要求5所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述数据采集与传输模块包括数据采集单元与同步采集单元，所述参数运算模块包括光谱数据前处理单元与水质参数建模与预测单元。
8.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述在所述离子色谱检测系统内，通过所述阳离子条件与阴离子条件分离所述待检测溶液中的离子，获得所述待检测溶液的离子色谱图，包括：
对所述阳离子条件与阴离子条件中阳离子、阴离子与所述待检测溶液中存在不同的阴离子或阳离子执行连续置换操作，得到所述待检测溶液中离子的置换程度，置换程度表达式为：
Figure 610558DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 753437DEST_PATH_IMAGE010
表示待检测溶液留存成分的留存时间，
Figure 365815DEST_PATH_IMAGE011
表示待检测溶液非留存成分的留存时间；
获取所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度，计算所述待检测溶液中任意两种离子的置换程度的比值，获取所述待检测溶液中任意两种离子的分离难度，得到所述任意两种离子的色谱峰宽度，分离难度表达式为：
Figure 826883DEST_PATH_IMAGE012
根据所述待检测溶液中任意两种离子成分的色谱峰的中心点距离与两种离子色谱峰宽度
Figure 630629DEST_PATH_IMAGE013
的均值的比值，计算所述待检测溶液中离子的分离程度，得到所述待检测溶液的离子色谱图，分离程度表达式为：
Figure 747621DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 461892DEST_PATH_IMAGE015
为两种离子成分留存时间的差值。
9.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述配制标准溶液，包括：
量取0.25g经105℃干燥处理的优质纯净
Figure 980729DEST_PATH_IMAGE016
，用亚沸蒸发水进行定容，配制成浓度为150
Figure 689797DEST_PATH_IMAGE017
的氟化钠储备溶液；
将所述氟化钠储备溶液倒入聚乙烯容器中保存备用，使用时再用亚沸水进行稀释，配制成15
Figure 294085DEST_PATH_IMAGE017
的氟化钠标准使用液，用标准使用液与亚沸水配制
Figure 310582DEST_PATH_IMAGE018
浓度分别为0.00mg/L、0. 25 mg/L、0. 50 mg/L、1. 00 mg/L、2. 00mg/L和4.00mg/L的标准溶液。
10.如权利要求1所述的基于离子色谱法的水质检测方法，其特征在于，所述采样区域的水质污染进行预警，包括：
对所述待检测溶液进行数据预处理，设置所述待检测溶液的水质参数的标准化，水质参数的标准化表达式为：
Figure 185391DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 832404DEST_PATH_IMAGE020
为标准化后t时刻的水质信号，
Figure 156944DEST_PATH_IMAGE021
为未标准化后t时刻的水质信号，
Figure 914815DEST_PATH_IMAGE022
为未标准化的信号序列，max与min表示取最大值与最小值；
对所述标准溶液进行数据预处理，设置所述标准溶液的水质参数的标准化，记为
Figure 644130DEST_PATH_IMAGE023
；
将不同时刻所述待检测溶液的水质参数组合成向量，进行聚类分析，记为：
Figure 462045DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 336198DEST_PATH_IMAGE025
为第n个水质参数的标准化值；
计算所述待检测溶液不同水质参数的异常得分，与所述标准溶液的水质参数标准化
Figure 632181DEST_PATH_IMAGE023
比较，判断异常状态，获取所述采样区域的水质污染预警情况，异常得分计算公式为：
Figure 469863DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 832580DEST_PATH_IMAGE027
为向量的距离函数，
Figure 947691DEST_PATH_IMAGE028
为第i个距离中心向量。
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