海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置的製作方法
2023-10-18 01:56:54 1
專利名稱：海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋環境監測技術領域，具體說是一種海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置。
背景技術：
長期以來，人們曾先後採用多種方法測量海水中的有機汙染物，像葉綠素通常採用分光光度法、實驗室螢光法，酚通常採用溴化滴定法和紫外分光光度法，石油在實驗室通常採用螢光分光法、紫外分光光度法、紅外分光光度法和重量法進行測定，黃色物質(含有腐殖酸、黑蛋白素和其它複雜化合物的可溶解的著色有機物—有機體分解的產物通常被稱為「黃色物質」)採用實驗室化學濃縮吸附法和螢光法進行測量，上述測量方法都是在實驗室裡進行，這些方法存在取樣困難、定位誤差大、測試周期長等諸多缺點，需要耗費大量的人力、物力資源。鑑於以上原因，亟待研究一種可以在現場對上述汙染物進行現場、實時、連續測量的儀器。
發明內容
本實用新型的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，採用光學的原理僅用一臺儀器即可完成對水中有機汙染物葉綠素-a、酚、黃色物質、石油的現場實時連續測量，可縮短檢測分析程序；另外，操作、控制方便易行，對環境不產生汙染。
本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的一種海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，包括激發光產生裝置、樣品池、螢光和吸收光檢測裝置及控制系統，其特徵在於所述的激發光產生裝置的光源為脈衝氙燈，脈衝氙燈通過濾光器、脈衝光傳送管與衍射光柵外殼連為一體，脈衝光穿過濾光器、脈衝光傳送管後照射到衍射光柵上，衍射光柵外殼還通過衍射光傳送管接到樣品池，樣品池旁設置與其連接的吸收光檢測器，螢光檢測器通過光電倍增管接到一濾光器，此濾光器與樣品池相連。
所述的樣品池配置一連續供水的進樣泵。
在長期工作時，樣品池壁可能會附著一些汙染物，所述的樣品池配置臭氧發生器，將的產生臭氧送到樣品池，可以達到清洗的目的。
所述的脈衝氙燈前的濾光器及靠近樣品池的濾光器均由電機傳動。
所述的衍射光柵外殼上設置一電機，電機驅動衍射光柵轉動，來改變衍射光柵與脈衝光的夾角，以產生要求的激發光。
本實用新型與現有技術相比有許多優點和積極效果1、本實用新型測量裝置適合於船載，也可安裝在定點布放的浮標上，僅用一臺儀器即可完成對四種有機汙染物葉綠素-a、酚、石油、黃色物質進行現場、連續、實時測量，對海洋環境進行實地無人監測，操作、控制方便易行，對環境不產生汙染。
2、本實用新型測量裝置的智能化程度有了很大提高，節約了大量人力資源，提高了檢測效率和測量準確度，使監測數據具有實效性，可準確、有效的指導海洋環境中有機汙染物的防治和治理工作。
3、本實用新型測量裝置還可用於工業排汙口的汙染監測及環境監測站的自動監測體系。另外，在我國的南水北調工程中也具有廣闊的前景，將會帶來很大的經濟效益和社會效益。
圖1為本實用新型測量裝置的整體結構局部剖面；圖2為本實用新型測量裝置的工作原理示意圖；圖3為本實用新型測量裝置的工作流程框圖。
具體實施方式
本實用新型海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置的測量原理研究發現，葉綠素-a在可見光短波激發下，在紅色區發出螢光，將吸收光譜和海洋中主要的浮遊生物發出的螢光進行對比(硅藻類、綠色單細胞的單晶、紅色、藍-綠色浮遊植物)推測出在波長範圍為400～700nm時，通過螢光信號與吸收作用的對比關係可以檢測出以上浮遊生物；黃色物質在光譜藍綠區域發出螢光；在汙染水域中檢測石油產品合適的方法是運用反映石油產品光學特性「trace(痕跡)」的物質—聚芳烴碳氫化合物，對石油光譜特性研究得出光譜吸收的最大範圍在255～275波段，NAY在400nm出現最大螢光強度，此時激發光的波長為345nm，該激發光為最理想狀態；酚的螢光在280～300nm時有最大值。因此可根據以上四種汙染物在特定範圍激發光激發下產生螢光的情況可以來檢測他們的存在情況。
研究證實，含有顏色的浮遊生物可在特定的光譜範圍內吸收光，其中包括葉綠素-a吸收光譜中的藍色部分(420～460nm)和短波中的紅色光部分(660～665nm)；含有腐殖酸、黑蛋白素和其它複雜化合物的可溶解的著色有機物—有機體分解的產物(通常被稱為「黃色物質」)可大量吸收可見光中的短波部分和距紫外光較近的部分；對石油產品的光譜特性研究得出光譜吸收的最大範圍在255～275波段；酚的吸收光譜在波長270nm左右吸收作用最強，在237～245nm處於下降狀態，在光譜短波區域處於高吸收狀態。
綜上所述，本實用新型的工作原理是根據在特定波長激發光與該激發光激發產生的螢光情況所記錄得到的光譜信息來確定物質的類別，並根據特定波長的吸收光譜來測量物質的含量。詳細情況如表1所列。
表1利用光學方法測量海水中不同汙染物種類和含量的方法 注c——汙染物濃度D——光密度a～h——測量係數從表中可以看出，在激發光為260nm，在280～300nm範圍產生螢光信號，並且在激發光為345nm時，在波長為400nm處，不存在螢光信號的特性來確定酚是否存在，並根據光譜關係D268/D242來確定酚的含量；根據光譜關係D268/D242可測得水中石油產品的含量，並且在激發光為345nm，發射光為350～400nm時可得到證明石油存在的螢光光譜；測定葉綠素的含量時，根據光譜關係D443/D547的比值來確定，當激發光為435nm，在發射光為680nm處，可記錄到證明葉綠素存在的螢光光譜；黃色物質的含量根據D337/D660的比值來確定，在激發光為345nm，發射光為460nm時得到的螢光光譜進行檢測。
本實用新型的具體實施方案根據系統的工作原理，本實用新型測量裝置的功能如下1、記錄波長為242、268、377、443、547、660nm時吸收光的最小值；
2、記錄波長為260nm、345nm和435nm的激發光；記錄280～300nm、350～400nm、460nm和680nm的螢光。
參見圖1-圖3，為本實用新型海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置的實施例，其主要部件有脈衝氙燈1、衍射光柵4、樣品池8、吸收光檢測器(光電二極體)7、螢光檢測器11、光電備增管10、濾光器2、9、進樣泵、控制系統等組成。脈衝氙燈1通過濾光器2、脈衝光傳送管與衍射光柵4的外殼連為一體。脈衝光穿過濾光器2、脈衝光傳送管後照射到衍射光柵4上。衍射光柵4外殼還通過衍射光傳送管接到樣品池8，樣品池8配置一連續供應海水的進樣泵和一臭氧發生器，樣品池8還與一吸收光檢測器7連接。螢光檢測器11通過光電倍增管10接到一濾光器9，此濾光器9與樣品池8相連。
脈衝氙燈1前的濾光器2及靠近樣品池4的濾光器9分別由電機3和電機6傳動。在衍射光柵4外殼上設置一電機5，電機5驅動衍射光柵4轉動，來改變衍射光柵4與脈衝光的夾角，以產生要求的激發光。
本實用新型實施例的工作流程(如圖3所示)測量裝置在工作時，由脈衝氙燈1發出光，經濾光器2後照射到衍射光柵4上，衍射光柵4將光分離成單色光，用規定的單色光照射樣品池8中的樣品，激發出螢光，螢光經濾光器9、光電倍增管10被螢光檢測器11接收到，經光電轉換後送到控制系統中央處理器進行處理，以此來確定汙染物的種類；另外，在工作時，衍射光柵4所分離出的所有波長的光通過樣品後，都被吸收光檢測器7記錄下來，送到控制系統中央處理器，以此來計算汙染物的濃度。樣品池8由一進樣泵連續供應海水，以保證現場實時連續測量。在長期工作時，樣品池8的壁上可能會附著一些汙染物，臭氧發生器產生臭氧，送到樣品池8，可以達到清洗的目的。
本實用新型實施例的測量按以下步驟進行1、分光光度測量記錄從230～670nm的吸收光譜。
2、螢光光譜測定記錄激發光λEx為230～670nm時螢光λEm從280～300，350～400，460，680nm的螢光光譜，確定汙染物類別。
3、尋找尋找四種汙染物吸收光譜的信號異常值並確定λ1和λ2。
4、測量根據兩個波長確定lgDλ1/Dλ2的值，並計算出物質濃度。
5、濁度測量在四個波段280～300、350～400、460、680nm，測量在90角時螢光的散射情況。
6、化學發光測量記錄水中臭氧氧化溶解有機物時發出的化學發光，清潔樣品池表面。
當然，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本實用新型的實質範圍內，作出的變化、改型、添加或替換，都應屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，包括激發光產生裝置、樣品池、螢光和吸收光檢測裝置及控制系統，其特徵在於所述的激發光產生裝置的光源為脈衝氙燈，脈衝氙燈通過濾光器、脈衝光傳送管與衍射光柵外殼連為一體，脈衝光穿過濾光器、脈衝光傳送管後照射到衍射光柵上，衍射光柵外殼還通過衍射光傳送管接到樣品池，樣品池旁設置與其連接的吸收光檢測器，螢光檢測器通過光電倍增管接到一濾光器，此濾光器與樣品池相連。
2.按照權利要求1所述的海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，其特徵在於所述的樣品池配置一連續供水的進樣泵。
3.按照權利要求1或2所述的海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，其特徵在於所述的樣品池配置臭氧發生器。
4.按照權利要求1或2所述的海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，其特徵在於所述的脈衝氙燈前的濾光器及靠近樣品池的濾光器均由電機傳動。
5.按照權利要求3所述的海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，其特徵在於所述的脈衝氙燈前的濾光器及靠近樣品池的濾光器均由電機傳動。
6.按照權利要求1或2所述的海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，其特徵在於所述的衍射光柵外殼上設置一電機，電機驅動衍射光柵轉動，來改變衍射光柵與脈衝光的夾角，以產生要求的激發光。
專利摘要本實用新型提供一種海水中多種有機汙染物現場光學測量裝置，主要由脈衝氙燈、衍射光柵、樣品池、吸收光檢測器、螢光檢測器、濾光器、進樣泵、控制系統等組成。根據在特定波長激發光與該激發光激發產生的螢光情況所記錄得到的光譜信息來確定物質的類別，並根據特定波長的吸收光譜來測量物質的含量。僅用一種儀器即可完成對水中有機汙染物葉綠素－a、酚、黃色物質、石油的現場實時連續測量，可縮短檢測分析程序；且操作、控制方便易行，對環境不產生汙染。
文檔編號G01N21/85GK2720434SQ20042005298
公開日2005年8月24日 申請日期2004年8月6日 優先權日2004年8月6日
發明者孫繼昌, 張喜驗, 惠力, 吳承璇, 徐珊珊, 程廣欣, 程巖, 王炳華, 沃淪佐夫·亞歷山大·米哈拉維奇, 尼卡娜洛娃·瑪麗娜·尼古拉耶夫娜, 列別捷夫·謝爾蓋·阿列克桑德洛維奇, 巴佐夫斯基·阿列克桑德洛·別捷洛維奇, 多琴科·烏拉基斯拉夫·康斯坦丁諾維奇 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所