[发明专利]基于多光谱的多点采样多参数水质在线分析系统

说明书

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，用于水质参数的在线快速检测，特别是指一种基于多光谱的多点采样多参数水质在线分析系统。

背景技术

有机污染物综合指标（如TOC、COD、BOD、DOC和高锰酸盐指数等）从不同侧面反映了水体受有机物污染的总体水平，是衡量水质污染程度的重要指标，也是国家颁布的“减排”和“总量控制”的定量考核依据。近年来，水质参数在线分析仪（主要检测COD、TOC等）的开发研制受到广泛重视，其产品种类、型号众多。基于测量原理的不同，这些在线分析仪基本上可分两类：基于化学方法的在线水质分析仪，以及基于光学方法的在线水质分析仪。与化学分析方法相比，光学分析法依据光谱数据对有机污染物的类别与综合指标进行定性定量分析，它具有无化学试剂污染、分析速度快、系统运行费用低、易于实现在线分析等显著优点。

目前进入市场的基于光学测量原理的在线水质分析仪主要基于紫外/可见(UV/Vis)吸光度或紫外/可见吸收光谱分析方法。但现有的紫外/可见吸收光谱在线分析仪由于难以适应不同类型与不同污染程度的污水，加上在线分析装置检测单元易受污水污染，造成分析仪准确性差、维护工作量大等局限，难以满足大规模水质实时监测的需要。鉴于紫外吸收法在线水质分析仪的分析测量精度不足，近年来研究人员开始转向具有更高灵敏度的荧光法。但荧光光谱的不足之处为存在淬灭、自吸收、内滤光等不稳定因素，还含有水的拉曼散射和瑞利散射等干扰。

现有的单一紫外吸收光谱法或荧光光谱法用于水质有机污染综合指标分析均有不足之处，另一方面，两种光谱又存在一定的相关性和互补性。水中有机物产生荧光的前提是能够吸收激发光，所以能够产生荧光的有机物在紫外光谱上都有吸收峰。由于悬浮物或某些种类的有机物会在同样波长的紫外光谱上产生强度十分近似的吸收峰，仅凭紫外光谱不能区分这些物质的种类；但它们在UV光激发下会产生不同的荧光光谱，从而提高了水质分析的分辨度。此外，荧光光谱的一个重要缺陷是不稳定性，这方面紫外光谱可以起弥补作用。

申请号为200810060383.6的发明专利“一种多源光谱融合便携式水质分析仪”公开了一种多源光谱融合便携式水质分析仪，它包括光学系统和检测控制系统，采用集成激光器、氘卤灯光源和双光谱检测器扫描待测水样的紫外可见透射光谱和荧光、拉曼等发射光谱，采用嵌入式数据处理单元根据采集到的水样光谱数据计算出水质分析指标值，并控制整台仪器的工作，通过显示屏和键盘实现用户的交互。由于采用锂电池供电，发射光360°接收等特别设计，它结构紧凑，便于携带使用。由于该发明专利中与待测样品接触的部件仅有样品池，无自动进水、排水、稀释配比、清洗的水路系统，因而仅能离线检测使用，对需要长期连续监测的场合如污水处理厂等的在线监测则无能为力；并且由于该发明专利的光学系统中对样品的发射光采用与入射光成360°角度方向的接收方式，需要同时采用线阵CCD和面阵CCD两套光谱检测系统，其光路系统较为复杂，成本较高；另外，该发明专利对激发荧光、拉曼等发射光谱的激发光采用405nm、532nm、635nm、650nm、660nm、690nm、785nm、808nm、830nm八个波长的激光器，其波长范围在可见光乃至近红外范围内，由于绝大多数产生荧光的物质所需的激发波长范围为紫外可见波段，因此该发明的激光器不利于荧光发射光谱的检测。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多光谱的多点采样多参数水质在线分析系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多光谱的多点采样多参数水质在线分析系统，它包括光学系统、水路系统和检测控制系统。

其中，光学系统包括：脉冲氙灯、第一凹面镜、第一滤光片、第一凸透镜、第一光纤、第二凸透镜、样品池、第三凸透镜、第二光纤、狭缝、第二滤光片、第二凹面镜、光栅、电荷耦合元件、多波长激光器、第三光纤和第四凸透镜等；脉冲氙灯位于第一凹面镜的凹面焦点处，第一凹面镜与第一滤光片、第一凸透镜同轴水平依次排列，第一光纤的两端分别与第一凸透镜和第二凸透镜相连，第二凸透镜与样品池、第三凸透镜同轴水平依次排列，第四凸透镜与样品池同轴水平依次排列并与第二凸透镜、样品池、第三凸透镜的轴相垂直，第二光纤的两端分别与第三凸透镜和狭缝相连，狭缝与第二滤光片同轴水平依次排列，第三光纤的两端分别与多波长激光器和第四凸透镜相连。