[发明专利]基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器与使用方法

说明书

本发明公开了基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器与使用方法，包括装有模拟海水的样品池、光源模块、聚焦透镜组、荧光采集模块和数据处理模块，所述光源模块向样品池发射光源通过聚焦透镜组形成焦点，荧光采集模块采集焦点激发出的三维荧光光谱，数据处理模块将三维荧光光谱数据进行处理得到样品中的TOC浓度数值，所述光源模块包括紫外LED阵列，所述紫外LED阵列采用中心波长为255nm、265nm和275nm的紫外LED组成，本发明能够根据紫外LED阵列对样品激发出的三维荧光数据准确检测海水样品的TOC数值，后期制造出的成品传感器可以长期放在被监测海洋区域内进行海水TOC含量检测。

技术领域

本发明涉及基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器与使用方法，属于海洋总有机碳检测领域。

背景技术

海水总有机碳(Total Organic Carbon,简称TOC)的测量技术长期以来主要是通过现场取水样，实验室分析的模式进行的。目前主要采用以下两种传统化学检测方法：高温催化燃烧法和湿法氧化法。传统化学检测方法的最大缺点是停留在实验室人工分析基础上，具有分析过程繁杂、试剂消耗量大、产生二次污染、检测频率低等缺陷，因此无论使用哪种方法进行有机碳分析都不能实现现场、快速分析模式，同时不能实现原位测量等缺陷。

因此，亟需研制一种耗能低，不添加试剂，不产生盐类结垢，测定快速且准确，能用于海水原位测量的光学传感器装置与方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器与使用方法，能够快速、免试剂的检测海水中的总有机碳，不需要对海水样品进行复杂的前处理以及化学分析，大大简化了操作步骤，缩短了检测时间，实现了快速检测的需求，同时不会对环境造成二次污染。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

基于紫外三维荧光的海洋TOC传感器，包括装有模拟海水的样品池、光源模块、聚焦透镜组、荧光采集模块和数据处理模块，所述光源模块向样品池发射光源通过聚焦透镜组形成焦点，荧光采集模块采集焦点激发出的三维荧光光谱，数据处理模块将三维荧光光谱数据进行处理得到样品中的TOC浓度数值，所述光源模块包括紫外LED阵列，所述紫外LED阵列采用中心波长为255nm、265nm和275nm的紫外LED组成。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述荧光采集模块包括将荧光进行分光的单色仪和分别设置于单色仪上的荧光入射狭缝与荧光出射狭缝，出射光线的光路上设置有进行荧光采集的光电倍增管。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述荧光入射狭缝与样品池之间、荧光出射狭缝与光电倍增管之间均设置有聚焦透镜组，所述聚焦透镜组的材质为石英材料。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述紫外LED阵列激发光源与单色仪采集的样品池的荧光信号呈90°角设置。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述数据处理模块包括与光电倍增管电性连接用于处理三维荧光光谱数据的嵌入式系统和与嵌入式系统相连的显示设备，所述嵌入式系统还通过无线通信与上位机监控系统相连。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述嵌入式系统采用恒压、恒流的驱动技术分时点亮紫外LED阵列中不同中心波长的紫外LED。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述嵌入式系统的型号为STM32系列。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

具体步骤如下：

A、调配模拟海水样品：利用TOC标准液和重蒸馏水配制不同TOC浓度的模拟海水样品，所述TOC标准液的浓度为1000mg/L，经过重蒸馏水按比例稀释成浓度梯度为0.3mg/L～2mg/L模拟海水样品；