專利名稱：用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
化學(xué)需氧量(COD)是水體中還原性污染物被強(qiáng)氧化劑氧化所消耗的氧的數(shù)量，是評(píng)價(jià)水體被污染程度的一項(xiàng)重要綜合性指標(biāo)。目前在COD測(cè)定中，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)方法主要采用高錳酸鉀法和重鉻酸鉀法。畜禽污水COD含量較高，一般采用重鉻酸鉀氧化滴定法(簡(jiǎn)稱回流法)。但此方法存在很多的缺陷需要消耗大量的化學(xué)藥劑，分析一個(gè)樣品的成本高、時(shí)間長(zhǎng)，而且也存在很多無機(jī)物的干擾，同時(shí)使用毒性很大的汞鹽造成了對(duì)環(huán)境的二次污染，也不適宜對(duì)樣品的批量分析和水質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法和系統(tǒng)。不僅能快速實(shí)時(shí)檢測(cè)污水中的COD，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的零負(fù)荷。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1、一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法用可見光和近紅外光譜與待分析樣品組合，來測(cè)量污水中的化學(xué)需氧量。水體中包含O-H，C-H，N-H等化學(xué)鍵的分子，它們?cè)诮t外光譜帶的歸屬直接影響了近紅外光譜的分析。將用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)方法測(cè)得的污水化學(xué)需氧量與光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。用光譜照射樣品，檢測(cè)樣品的吸收和反射光譜，確定對(duì)滿足吸收和反射光譜與樣品特性之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行建模、校準(zhǔn)和預(yù)測(cè)。
2、一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的系統(tǒng)它包括可見光和近紅外波段的光譜儀、鹵素?zé)?、校正白板、?jì)算機(jī)、進(jìn)樣池。光譜儀一端與外接電源相連，另一端將光譜儀EPP并口通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)USB接口相連；鹵素?zé)敉ㄟ^自帶電源線與外接電源連接；進(jìn)樣池放于光譜儀和鹵素?zé)糁g，進(jìn)樣池與鹵素?zé)艚嵌确秶鸀?5-45度本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是(1)利用光譜技術(shù)分析污水中的成分，其分析速度大大加快；(2)不使用任何化學(xué)試劑，降低了檢測(cè)成本，也不污染環(huán)境；(3)與化學(xué)方法相比，系統(tǒng)誤差和人為誤差大大降低，提高了測(cè)量精度；
(4)能夠處理大量樣本分析，節(jié)省時(shí)間，實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)能夠很好的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)；(5)本發(fā)明主要用于快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)污水中化學(xué)需氧量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為解決日趨嚴(yán)重的水污染問題提供技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2是光譜儀正面截面圖；圖3是不同前視場(chǎng)角的鏡頭裸光纖；圖4是波長(zhǎng)為350-1100nm波長(zhǎng)的光譜儀的探測(cè)器。
圖中，1、與計(jì)算機(jī)連接EPP并口；2、開關(guān)；3、指示燈；4、光譜儀與三腳支架固定螺絲；5、面板；6、光譜儀型號(hào)標(biāo)志。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括可見光和近紅外波段的光譜儀、鹵素?zé)簟⑿Ｕ装?、?jì)算機(jī)、進(jìn)樣池；光譜儀通過固定螺絲4與用三腳支架固定，光譜儀一端與外接電源相連，另一端將光譜儀EPP并口通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)USB接口相連；鹵素?zé)敉ㄟ^自帶電源線與外接電源連接；進(jìn)樣池放于光譜儀和鹵素?zé)糁g，進(jìn)樣池與鹵素?zé)艚嵌确秶鸀?5～45度。
將光譜儀和光源鹵素?zé)舴謩e與外接電源相連，打開光譜儀電源開關(guān)2，如圖2所示，指示燈3亮，儀器預(yù)熱15～30分鐘。預(yù)熱之后，將光譜儀EPP并口1，用數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)USB接口連接。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入操作系統(tǒng)；雙擊HH圖標(biāo)啟動(dòng)ASD操作程序。樣品置于高15cm，直徑10cm的玻璃進(jìn)樣池中，如圖1所示。反射光譜測(cè)量，將光譜儀安裝或者未安裝鏡頭對(duì)準(zhǔn)白板，并使得白板已經(jīng)被最佳照明并且在鏡頭視場(chǎng)內(nèi)只有白板，進(jìn)行白板校正。把光譜儀放到被測(cè)樣品上方，光譜儀的方位應(yīng)當(dāng)與采集白板參比光譜時(shí)相同；掃描完畢，保存光譜數(shù)據(jù)。
實(shí)施過程中，光源鹵素?zé)魹?100K色溫，距進(jìn)樣池中心距離300-500mm，與進(jìn)樣池成15-45度角。光譜儀探頭采用不同前視場(chǎng)角的鏡頭，用于反射光譜和輻射照度測(cè)量，距離樣本高度可根據(jù)情況調(diào)節(jié)。光譜儀探頭覆蓋范圍大，光譜混合程度高；覆蓋范圍小，光譜混合少。光譜儀光纖與鏡頭連接，如圖3所示，通過鏡頭采光后導(dǎo)入光譜儀。根據(jù)不同的需要采用不同的前視場(chǎng)角，可以選用不同數(shù)值孔徑、材料的光纖。光譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括探測(cè)器，如圖4所示，不同的探測(cè)器其對(duì)光的靈敏度不同，若要探測(cè)出兩個(gè)幅值很接近的吸收率數(shù)值，需要高信噪比的探測(cè)器，不同波長(zhǎng)的光譜儀選用不同的探測(cè)器，圖4是波長(zhǎng)為350-1100nm波長(zhǎng)的光譜儀的探測(cè)器；Drift-lock技術(shù)，配合制冷進(jìn)一步消除噪聲；自動(dòng)快門，每一次全光譜掃描后采集暗電流；散熱風(fēng)扇，保證工作環(huán)境溫度0-400C；內(nèi)置充電器和電池(鎳-氫)；帶有光譜儀向計(jì)算機(jī)供電的接口；與計(jì)算機(jī)連接的EPP并口。以上為數(shù)據(jù)采集實(shí)施過程。
待光譜數(shù)據(jù)采集完畢，用光譜專用分析軟件ASD ViewSpec Pro V2.14和Unscramble V9.2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，如圖1所示。計(jì)算光譜數(shù)據(jù)的吸光度(log1/R)；進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括平滑、求導(dǎo)等方法；建立回歸模型，求得回歸方程，最后將分析的數(shù)據(jù)反饋信息接收平臺(tái)。
所述的可見光和近紅外光譜裝置是美國(guó)ASD(Analytical Spectral Device)公司的Handheld FieldSpec光譜儀。所述的光源是與光譜儀配套的14.5V鹵素?zé)?。所述的進(jìn)樣容器是特制的高15cm，直徑10cm的玻璃容器。
權(quán)利要求
1.一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法，其特征在于用可見光和近紅外光譜與待分析樣品組合，來測(cè)量污水中的化學(xué)需氧量；水體中包含O-H，C-H，N-H等化學(xué)鍵的分子，它們?cè)诮t外光譜帶的歸屬直接影響了近紅外光譜的分析；將用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)方法測(cè)得的污水化學(xué)需氧量與光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析；用光譜照射樣品，檢測(cè)樣品的吸收和反射光譜，確定對(duì)滿足吸收和反射光譜與樣品特性之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行建模、校準(zhǔn)和預(yù)測(cè)。
2.一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的系統(tǒng)，其特征在于包括可見光和近紅外波段的光譜儀、鹵素?zé)?、校正白板、?jì)算機(jī)、進(jìn)樣池；光譜儀一端與外接電源相連，另一端將光譜儀EPP并口通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)USB接口相連；鹵素?zé)敉ㄟ^自帶電源線與外接電源連接；進(jìn)樣池放于光譜儀和鹵素?zé)糁g，進(jìn)樣池與鹵素?zé)艚嵌确秶鸀?5～45度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用光譜技術(shù)測(cè)定污水化學(xué)需氧量的方法和系統(tǒng)。光譜儀一端與外接電源相連，另一端將光譜儀EPP并口通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)USB接口相連；鹵素?zé)敉ㄟ^自帶電源線與外接電源連接；進(jìn)樣池放于光譜儀和鹵素?zé)糁g，進(jìn)樣池與鹵素?zé)艚嵌确秶鸀?5～45度。將采集到的水樣光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。用光譜專用分析軟件ASD ViewSpec Pro V2.14和Unscramble V9.2對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后反饋信息接收平臺(tái)，顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的COD值。整個(gè)過程在計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示和處理功能。本發(fā)明主要用于快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)污水中化學(xué)需氧量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為解決日趨嚴(yán)重的水污染問題提供技術(shù)支持。
文檔編號(hào)G01N21/35GK1793854SQ200510062299
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者何勇, 岑海燕, 鮑一丹, 黃敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)