基于微通道系統(tǒng)的石油污染物熒光光譜測(cè)量研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)石油的開(kāi)采量越來(lái)越大。工廠排出的石油類污染物和海上開(kāi)采、船舶運(yùn)輸溢出的石油，嚴(yán)重威脅著人類的健康和生態(tài)環(huán)境的安全。準(zhǔn)確高效地檢測(cè)石油類污染物的成分及其含量，對(duì)于保障生態(tài)健康，維持人與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，檢測(cè)石油類污染物的主要方法有：稱重法、色譜法、近紅外光譜法和熒光光譜法。其中，熒光光譜檢測(cè)技術(shù)精確度高，選擇性好，已被廣泛應(yīng)用于土壤和大氣等領(lǐng)域的成分檢測(cè)中。針對(duì)石油類污染物的特點(diǎn)及危害，結(jié)合國(guó)內(nèi)

2、外熒光光譜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，基于微通道樣品池結(jié)構(gòu)，采用同時(shí)對(duì)多個(gè)微樣品池中的樣品進(jìn)行并聯(lián)激發(fā)方式，研制了多通道熒光光譜測(cè)量樣品池及其相應(yīng)的光路系統(tǒng)。結(jié)合改進(jìn)的平行因子算法對(duì)石油類污染物中的多個(gè)組分進(jìn)行檢測(cè)與分辨，課題主要工作有：
　　基于光致發(fā)光理論以及熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光的機(jī)理，分析了石油類污染物的熒光檢測(cè)模型。分析了熒光強(qiáng)度與光電探測(cè)器的量子效率及熒光光子數(shù)的關(guān)系，溫度、溶劑等環(huán)境因素對(duì)熒光強(qiáng)度的影響。提出了采用微通道三維熒光光譜檢

3、測(cè)系統(tǒng)結(jié)合改進(jìn)的平行因子解析算法測(cè)量石油類污染物的可行性方案。
　　針對(duì)石油類污染物混合溶液的熒光強(qiáng)度測(cè)量，在樣品池容積有限的情況下，采用多個(gè)微通道樣品池并聯(lián)組合的方式提高熒光檢測(cè)光路系統(tǒng)的投射光程，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)熒光信號(hào)檢測(cè)強(qiáng)度的目的。在熒光光譜掃描范圍集中的250-520nm區(qū)間，對(duì)分光系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，研究了改進(jìn)的光柵尺反饋光柵分光系統(tǒng)，并與通用熒光分光光度計(jì)進(jìn)行了波長(zhǎng)分辨率對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)配合絲桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)光柵

4、轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)掃描分辨率為0.7nm，加入光柵檢測(cè)反饋電路后，波長(zhǎng)掃描分辨率提高為0.3nm。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微通道熒光光譜檢測(cè)系統(tǒng)的有效性，與通用熒光光譜儀在同樣實(shí)驗(yàn)樣本條件下的光譜檢測(cè)性能比較，微通道熒光光譜檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的最大熒光光譜信號(hào)較強(qiáng)，為結(jié)合改進(jìn)的平行因子方法對(duì)混合石油樣品溶液進(jìn)行組分解析提供了有效的光譜測(cè)量平臺(tái)，也為將來(lái)實(shí)現(xiàn)熒光光譜法在線檢測(cè)應(yīng)用提供了可行性研究的基礎(chǔ)。
　　為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的石油類混合物的組分識(shí)別問(wèn)題，在分析二

5、階校正方法及Tucker3三維數(shù)據(jù)解析方法基礎(chǔ)上，對(duì)平行因子算法模型結(jié)構(gòu)及其收斂迭代過(guò)程進(jìn)行了分析。針對(duì)平行因子算法對(duì)樣品的組分?jǐn)?shù)較敏感的特性，分析了平行因子組分?jǐn)?shù)的確定原則。針對(duì)傳統(tǒng)平行因子算法存在運(yùn)算速度慢、易陷入局部收斂的缺欠，采用廣義逆的逆奇異值分解對(duì)平行因子算法進(jìn)行了改進(jìn)分析，為基于改進(jìn)的平行因子算法對(duì)石油污染物進(jìn)行組分解析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　為研究微通道熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合改進(jìn)的平行因子算法對(duì)混合溶液組分解析的有效性

6、，制備了不同牌號(hào)、不同濃度的柴油、汽油和普通煤油的溶液樣本，用來(lái)模擬不同污染類水體中的石油污染物情況?；谖⑼ǖ罒晒夤庾V實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量了各樣本的激發(fā)-發(fā)射熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，得出了樣品的三維熒光光譜強(qiáng)度圖、等高線圖及激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的相對(duì)熒光強(qiáng)度圖?；跍y(cè)量得到的樣品三維熒光數(shù)據(jù)矩陣，采用改進(jìn)的平行因子分析法對(duì)柴油、汽油、煤油混合溶液樣本的熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分離，實(shí)現(xiàn)了混合溶液樣本中不同石油組分的識(shí)別，并得到了混合溶液樣本中各組分的濃度比