专利名称：海水中多种有机污染物现场光学测量装置及检测方法
技术领域：
本发明属于海洋环境监测方面的检测仪器及检测方法，具体说是一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置及检测方法。
背景技术：
长期以来，人们曾先后采用多种方法测量海水中的有机污染物，像叶绿素通常采用分光光度法、实验室荧光法，酚通常采用溴化滴定法和紫外分光光度法，石油在实验室通常采用荧光分光法、紫外分光光度法、红外分光光度法和重量法进行测定，黄色物质(含有腐殖酸、黑蛋白素和其它复杂化合物的可溶解的着色有机物一有机体分解的产物通常被称为“黄色物质”)采用实验室化学浓缩吸附法和荧光法进行测量，上述测量方法都是在实验室里进行，这些方法存在取样困难、定位误差大、测试周期长等诸多缺点，需要耗费大量的人力、物力资源。鉴于以上原因，亟待研究一种可以在现场对上述污染物进行现场、实时、连续测量的仪器。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置及检测方法，采用光学的原理仅用一台仪器即可完成对水中有机污染物叶绿素-a、酚、黄色物质、石油的现场实时连续测量，可缩短检测分析程序；另外，操作、控制方便易行，对环境不产生污染。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置，包括激发光产生装置、样品池、荧光和吸收光检测装置及控制系统，其特征在于所述的激发光产生装置的光源为脉冲氙灯，脉冲氙灯通过滤光器、脉冲光传送管与衍射光栅外壳连为一体，脉冲光穿过滤光器、脉冲光传送管后照射到衍射光栅上，衍射光栅外壳还通过衍射光传送管接到样品池，样品池旁设置与其连接的吸收光检测器，荧光检测器通过光电倍增管接到一滤光器，此滤光器与样品池相连。
所述的样品池配置一连续供水的进样泵。
在长期工作时，样品池壁可能会附着一些污染物，所述的样品池配置臭氧发生器，将的产生臭氧送到样品池，可以达到清洗的目的。
所述的脉冲氙灯前的滤光器及靠近样品池的滤光器均由电机传动。
所述的衍射光栅外壳上设置一电机，电机驱动衍射光栅转动，来改变衍射光栅与脉冲光的夹角，以产生要求的激发光。
本发明测量装置的检测方法是由脉冲氙灯发出光，经滤光器后照射到衍射光栅上，衍射光栅将光分离成单色光，用规定的单色光照射样品池中的样品，激发出荧光，荧光经滤光器过滤后被荧光检测器接收到，经光电转换后送到控制系统的中央处理器进行处理，以此来确定污染物的种类；另外，在工作时，衍射光栅所分离出的所有波长的光通过样品后，都被吸收光检测器记录下来，送到控制系统的中央处理器，以此来计算污染物的浓度。
本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果1、本发明测量装置适合于船载，也可安装在定点布放的浮标上，仅用一台仪器即可完成对四种有机污染物叶绿素-a、酚、石油、黄色物质进行现场、连续、实时测量，对海洋环境进行实地无人监测，操作、控制方便易行，对环境不产生污染。
2、本发明测量装置的智能化程度有了很大提高，节约了大量人力资源，提高了检测效率和测量准确度，使监测数据具有实效性，可准确、有效的指导海洋环境中有机污染物的防治和治理工作。
3、本发明测量装置还可用于工业排污口的污染监测及环境监测站的自动监测体系。另外，在我国的南水北调工程中也具有广阔的前景，将会带来很大的经济效益和社会效益。
图1为本发明测量装置的整体结构局部剖面图；图2为本发明测量装置的工作原理示意图；图3为本发明测量装置的工作流程框图。
具体实施例方式
本发明海水中多种有机污染物现场光学测量装置的测量原理研究发现，叶绿素-a在可见光短波激发下，在红色区发出荧光，将吸收光谱和海洋中主要的浮游生物发出的荧光进行对比(硅藻类、绿色单细胞的单晶、红色、蓝-绿色浮游植物)推测出在波长范围为400～700nm时，通过荧光信号与吸收作用的对比关系可以检测出以上浮游生物；黄色物质在光谱蓝绿区域发出荧光；在污染水域中检测石油产品合适的方法是运用反映石油产品光学特性“trace(痕迹)”的物质-聚芳烃碳氢化合物，对石油光谱特性研究得出光谱吸收的最大范围在255～275波段，NAY在400nm出现最大荧光强度，此时激发光的波长为345nm，该激发光为最理想状态；酚的荧光在280～300nm时有最大值。因此可根据以上四种污染物在特定范围激发光激发下产生荧光的情况可以来检测他们的存在情况。
研究证实，含有颜色的浮游生物可在特定的光谱范围内吸收光，其中包括叶绿素-a吸收光谱中的蓝色部分(420～460nm)和短波中的红色光部分(660～665nm)；含有腐殖酸、黑蛋白素和其它复杂化合物的可溶解的着色有机物-有机体分解的产物(通常被称为“黄色物质”)可大量吸收可见光中的短波部分和距紫外光较近的部分；对石油产品的光谱特性研究得出光谱吸收的最大范围在255～275波段；酚的吸收光谱在波长270nm左右吸收作用最强，在237～245nm处于下降状态，在光谱短波区域处于高吸收状态。
综上所述，本发明的工作原理是根据在特定波长激发光与该激发光激发产生的荧光情况所记录得到的光谱信息来确定物质的类别，并根据特定波长的吸收光谱来测量物质的含量。详细情况如表1所示。
表1利用光学方法测量海水中不同污染物种类和含量的方法 注C——污染物浓度D——光密度 a～h——测量系数从表中可以看出，在激发光为260nm，在280～300nm范围产生荧光信号，并且在激发光为345nm时，在波长为400nm处，不存在荧光信号的特性来确定酚是否存在，并根据光谱关系D268/D242来确定酚的含量；根据光谱关系D268/D242可测得水中石油产品的含量，并且在激发光为345nm，发射光为350～400nm时可得到证明石油存在的荧光光谱；测定叶绿素的含量时，根据光谱关系D443/D547的比值来确定，当激发光为435nm，在发射光为680nm处，可记录到证明叶绿素存在的荧光光谱；黄色物质的含量根据D337/D660的比值来确定，在激发光为345nm，发射光为460nm时得到的荧光光谱进行检测。
本发明的具体实施方案如下根据系统的工作原理，本发明测量装置的功能如下1、记录波长为242、268、377、443、547、660nm时吸收光的最小值；2、记录波长为260nm、345nm和435nm的激发光；记录280～300nm、350～400nm、460nm和680nm的荧光。
参见图1-图3，为本发明海水中多种有机污染物现场光学测量装置的实施例，其主要部件有脉冲氙灯1、衍射光栅4、样品池8、吸收光检测器(光电二极管)7、荧光检测器11、光电备增管10、滤光器2、9、进样泵、控制系统等组成。脉冲氙灯1通过滤光器2、脉冲光传送管与衍射光栅4的外壳连为一体。脉冲光穿过滤光器2、脉冲光传送管后照射到衍射光栅4上。衍射光栅4外壳还通过衍射光传送管接到样品池8，样品池8配置一连续供应海水的进样泵和一臭氧发生器，样品池8还与一吸收光检测器7连接。荧光检测器11通过光电倍增管10接到一滤光器9，此滤光器9与样品池8相连。
脉冲氙灯1前的滤光器2及靠近样品池4的滤光器9分别由电机3和电机6传动。在衍射光栅4外壳上设置一电机5，电机5驱动衍射光栅4转动，来改变衍射光栅4与脉冲光的夹角，以产生要求的激发光。
本发明实施例的工作流程(如图3所示)测量装置在工作时，由脉冲氙灯1发出光，经滤光器2后照射到衍射光栅4上，衍射光栅4将光分离成单色光，用规定的单色光照射样品池8中的样品，激发出荧光，荧光经滤光器9、光电倍增管10被荧光检测器11接收到，经光电转换后送到控制系统中央处理器进行处理，以此来确定污染物的种类；另外，在工作时，衍射光栅4所分离出的所有波长的光通过样品后，都被吸收光检测器7记录下来，送到控制系统中央处理器，以此来计算污染物的浓度。样品池8由一进样泵连续供应海水，以保证现场实时连续测量。在长期工作时，样品池8的壁上可能会附着一些污染物，臭氧发生器产生臭氧，送到样品池8，可以达到清洗的目的。
本发明实施例的测量按以下步骤进行1、分光光度测量记录从230～670nm的吸收光谱。
2、荧光光谱测定记录激发光λEx为230～670nm时荧光λEm从280～300，350～400，460，680nm的荧光光谱，确定污染物类别。
3、寻找寻找四种污染物吸收光谱的信号异常值并确定λ1和λ2。
4、测量根据两个波长确定1gDλ1/Dλ2的值，并计算出物质浓度。
5、浊度测量在四个波段280～300、350～400、460、680nm，测量在90角时荧光的散射情况。
6、化学发光测量记录水中臭氧氧化溶解有机物时发出的化学发光，清洁样品池表面。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置，包括激发光产生装置、样品池、荧光和吸收光检测装置及控制系统，其特征在于所述的激发光产生装置的光源为脉冲氙灯，脉冲氙灯通过滤光器、脉冲光传送管与衍射光栅外壳连为一体，脉冲光穿过滤光器、脉冲光传送管后照射到衍射光栅上，衍射光栅外壳还通过衍射光传送管接到样品池，样品池旁设置与其连接的吸收光检测器，荧光检测器通过光电倍增管接到一滤光器，此滤光器与样品池相连。
2.按照权利要求1所述的海水中多种有机污染物现场光学测量装置，其特征在于所述的样品池配置一连续供水的进样泵。
3.按照权利要求1或2所述的海水中多种有机污染物现场光学测量装置，其特征在于所述的样品池配置臭氧发生器。
4.按照权利要求1或2所述的海水中多种有机污染物现场光学测量装置，其特征在于所述的脉冲氙灯前的滤光器及靠近样品池的滤光器均由电机传动。
5.按照权利要求1或2所述的海水中多种有机污染物现场光学测量装置，其特征在于所述的衍射光栅外壳上设置一电机，电机驱动衍射光栅转动，来改变衍射光栅与脉冲光的夹角，以产生要求的激发光。
6.一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置的检测方法，其特征是由脉冲氙灯发出光，经滤光器后照射到衍射光栅上，衍射光栅将光分离成单色光，用规定的单色光照射样品池中的样品，激发出荧光，荧光经滤光器过滤后被荧光检测器接收到，经光电转换后送到控制系统的中央处理器进行处理，以此来确定污染物的种类；另外，在工作时，衍射光栅所分离出的所有波长的光通过样品后，都被吸收光检测器记录下来，送到控制系统的中央处理器，以此来计算污染物的浓度。
全文摘要
本发明提供一种海水中多种有机污染物现场光学测量装置及检测方法，主要由脉冲氙灯、衍射光栅、样品池、吸收光检测器、荧光检测器、滤光器、进样泵、控制系统等组成。据在特定波长激发光与该激发光激发产生的荧光情况所记录得到的光谱信息来确定物质的类别，并根据特定波长的吸收光谱来测量物质的含量。仅用一台仪器即可完成对水中有机污染物叶绿素－a、酚、黄色物质、石油的现场实时连续测量，可缩短检测分析程序；而且操作、控制方便易行，对环境不产生污染。
文档编号G01N21/64GK1598537SQ20041003552
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月6日 优先权日2004年8月6日
发明者孙继昌, 张喜验, 惠力, 吴承璇, 徐珊珊, 程广欣, 程岩, 王炳华, 沃沦佐夫·亚历山大·米哈拉维奇, 尼卡娜洛娃·玛丽娜·尼古拉耶夫娜, 列别捷夫·谢尔盖·阿列克桑德洛维奇, 巴佐夫斯基·阿列克桑德洛·别捷洛维奇, 多琴科·乌拉基斯拉夫·康斯坦丁诺维奇 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
