[发明专利]基于双探测器的水体叶绿素浓度在线检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及水体荧光色素浓度的在线检测技术，特别涉及一种基于荧光检测的叶绿素浓度监测装置和方法。

背景技术

目前，世界各地海洋、湖泊、河流、水库等各个水域水质污染日益严重，水质监测，特别是水质的实时原位监测越来越受到人们的重视。实时监测可以掌握水质变化动态，预测水质变化，及时防范大范围污染，特别是当水体中某一种藻类大量繁殖时，将会发生水华、赤潮，因此对浮游植物的实时在线监测可有针对性地预防、预警水华、赤潮等的大规模发生。

天然水体中不同藻类含有不同的特征色素，但几乎所有藻类都含有叶绿素a，叶绿素a的浓度通常用来估计浮游植物的生产量和生产力。在激励光的照射下，不同色素均能发射特有的荧光光谱，且荧光强度同色素浓度成一定的比例关系。因此，常用荧光法检测色素浓度和对不同藻类进行分类，并且，荧光法也可以实现在线监测。

荧光法测量水体叶绿素浓度的基本原理是根据朗伯-比尔定律推导出的荧光强度与叶绿素浓度的关系。其表达式为

I_f＝φ_fI₀(1-10^-εcl)        (1)

其中，I_f为荧光强度，φ_f为量子荧光效率，ε为荧光分子的摩尔吸收系数，c为溶液中荧光物质的浓度，l为光程。展开公式(1)中指数项，

If=φfI0[2.3ϵcl-(2.3ϵcl)22!+(2.3ϵcl)33!-······]---(2)]]>

当溶液很稀，被吸收的总激发光能不超过5％，即εcl≤0.05时，上式中括号内第二项以后项可忽略，即I_f＝2.3φ_fI₀εcl        (3)

即当被测物质、入射光强、光程确定后，荧光强度同溶液浓度成线性关系。

目前在线测量水体叶绿素浓度的专利和产品中，激发光源有单个或多个激光或超高亮二极管等，而荧光探测均采用一个探测器，利用探测器探测的荧光强度测定水体中叶绿素的含量。但是，单探测器监测方法有其不足的地方，容易受以下几方面因素影响：

(1)入射光强波动，朗伯-比尔定律的前提条件就是要求入射光是稳定的单色平行光，若公式(2)中的I_O发生波动，必然引起I_f波动，导致浓度c波动。

(2)温度，温度变化不影响光子辐射过程，但分子的扩散、活化、分子内部能量转化将随温度的升高而增强，温度升高，叶绿素的荧光量子效率φ_f和荧光强度减小，反之增大。

(3)溶剂，同一种荧光物质在不同溶剂中的光谱位置和强度都会发生变化。

(4)散射光、探测窗口洁净度等，水体和颗粒物对荧光的散射，以及探测窗口受浑浊水体的污染等，均会影响荧光强度的探测值大小。

发明内容

(一)所解决的技术问题：