基于三维荧光光谱技术的水中矿物油检测的研究

【摘要】：随着现代化工业生产的不断发展，工业废水、生活污水和其他污染物的排放随之增加，被污染水体范围也越来越大。水质的污染严重的破坏了自然生态平衡，同时也威胁着人类的身体健康，因此，水中污染物的检测工作的重要性及紧迫性也随之凸现出来。 检测水中矿物油的传统方法有重量法、红外分光光度法、紫外吸收法、色谱法等等，但是这些方法均有很多不足之处，尤其是对于多组分污染物的检测效果很不理想。针对这种缺陷，本文从荧光产生机理出发，研究了一种光纤传感与荧光光谱处理相结合的光纤式水中矿物油检测方案。 本文分析了荧光产生的基本机理及其特点，证实了用荧光分析法检测水中污染物的可行性；分别论述了吸收光谱、激发光谱、荧光光谱等荧光理论，并验证了荧光强度与对应的矿物油浓度成线性关系。 通过实验获得几种油样品三维光谱，并对其进行了光谱特性分析。在此基础上本文研究了荧光在线检测系统方案。选择脉冲氙灯作为激发光源；采用了球面光纤测量探头，实现对矿物油荧光的高效收集与传输；采用平场凹面全息光栅为色散元件，集色散、聚焦功能于一体，使光能损失大为减小，并配合高性能线阵CCD成像系统，实现光谱仪的微型化。分析讨论了微弱信号的高效采集系统。 结合化学计量学处理分析所得三维荧光光谱，分别采用了遗传算法、核主成分分析法进行特征选择和特征提取，并选择利用支持向量机分类器进行识别分类，确定一套水中矿物油光谱特征识别方案。