基于微通道系統(tǒng)的石油污染物熒光光譜測量研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，世界各國對石油的開采量越來越大。工廠排出的石油類污染物和海上開采、船舶運輸溢出的石油，嚴(yán)重威脅著人類的健康和生態(tài)環(huán)境的安全。準(zhǔn)確高效地檢測石油類污染物的成分及其含量，對于保障生態(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)域的成分檢測中。針對石油類污染物的特點及危害，結(jié)合國內(nèi)

2、外熒光光譜技術(shù)的發(fā)展趨勢，基于微通道樣品池結(jié)構(gòu)，采用同時對多個微樣品池中的樣品進行并聯(lián)激發(fā)方式，研制了多通道熒光光譜測量樣品池及其相應(yīng)的光路系統(tǒng)。結(jié)合改進的平行因子算法對石油類污染物中的多個組分進行檢測與分辨，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)生熒光的機理，分析了石油類污染物的熒光檢測模型。分析了熒光強度與光電探測器的量子效率及熒光光子數(shù)的關(guān)系，溫度、溶劑等環(huán)境因素對熒光強度的影響。提出了采用微通道三維熒光光譜檢

3、測系統(tǒng)結(jié)合改進的平行因子解析算法測量石油類污染物的可行性方案。
　　針對石油類污染物混合溶液的熒光強度測量，在樣品池容積有限的情況下，采用多個微通道樣品池并聯(lián)組合的方式提高熒光檢測光路系統(tǒng)的投射光程，實現(xiàn)增強熒光信號檢測強度的目的。在熒光光譜掃描范圍集中的250-520nm區(qū)間，對分光系統(tǒng)進行了分析與設(shè)計，研究了改進的光柵尺反饋光柵分光系統(tǒng)，并與通用熒光分光光度計進行了波長分辨率對比實驗。實驗表明，傳統(tǒng)步進電機配合絲桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動光柵

4、轉(zhuǎn)角的波長掃描分辨率為0.7nm，加入光柵檢測反饋電路后，波長掃描分辨率提高為0.3nm。通過實驗驗證了微通道熒光光譜檢測系統(tǒng)的有效性，與通用熒光光譜儀在同樣實驗樣本條件下的光譜檢測性能比較，微通道熒光光譜檢測系統(tǒng)檢測的最大熒光光譜信號較強，為結(jié)合改進的平行因子方法對混合石油樣品溶液進行組分解析提供了有效的光譜測量平臺，也為將來實現(xiàn)熒光光譜法在線檢測應(yīng)用提供了可行性研究的基礎(chǔ)。
　　為實現(xiàn)復(fù)雜的石油類混合物的組分識別問題，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，對平行因子算法模型結(jié)構(gòu)及其收斂迭代過程進行了分析。針對平行因子算法對樣品的組分?jǐn)?shù)較敏感的特性，分析了平行因子組分?jǐn)?shù)的確定原則。針對傳統(tǒng)平行因子算法存在運算速度慢、易陷入局部收斂的缺欠，采用廣義逆的逆奇異值分解對平行因子算法進行了改進分析，為基于改進的平行因子算法對石油污染物進行組分解析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　為研究微通道熒光光譜測量系統(tǒng)結(jié)合改進的平行因子算法對混合溶液組分解析的有效性

6、，制備了不同牌號、不同濃度的柴油、汽油和普通煤油的溶液樣本，用來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實驗系統(tǒng)測量了各樣本的激發(fā)-發(fā)射熒光強度數(shù)據(jù)，得出了樣品的三維熒光光譜強度圖、等高線圖及激發(fā)和發(fā)射波長對應(yīng)的相對熒光強度圖?；跍y量得到的樣品三維熒光數(shù)據(jù)矩陣，采用改進的平行因子分析法對柴油、汽油、煤油混合溶液樣本的熒光光譜數(shù)據(jù)進行了數(shù)學(xué)分離，實現(xiàn)了混合溶液樣本中不同石油組分的識別，并得到了混合溶液樣本中各組分的濃度比