面向紫外光譜水質分析系統(tǒng)的雙光程差分結構探頭設計與實現(xiàn).pdf

1、我國不僅是一個嚴重缺水的國家,而且水資源的總量十分有限,水污染也很嚴重,甚至到了觸目驚心的地步。據(jù)統(tǒng)計,我國淡水域普遍受到污染,全國3/4的江河呈現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化;大部分城市水體污染嚴重,對我國128個南北分布城市的地下水進行調查顯示,125個城市的地下水受到了不同程度的污染。
　　水是生命之源。水體(質)的優(yōu)劣與人類健康密切相關,水質檢測則是確保水環(huán)境的必備工作之一。傳統(tǒng)的水質檢測技術主要是采用化學方法對水質進行檢測,一般是

2、依靠人工現(xiàn)場采取水樣,利用實驗室儀器對其進行測試分析。實驗室中進行水質檢測,雖然所需儀器俱全、工作環(huán)境穩(wěn)定,但是實驗室檢測存在周期長、監(jiān)測頻率低、采樣誤差大以及造成二次污染等諸多缺點。目前,國內外水質檢測技術的發(fā)展趨勢正向無需樣品前處理、便攜式、實時在線和微型化的方向發(fā)展?；诖?本文開展了面向紫外光譜水質分析系統(tǒng)的雙光程差分結構探頭設計與實現(xiàn)的研究工作。
　　本文研制的紫外光譜水質探頭(探頭)采用雙光束差分結構,具有開放性的凹形

3、樣品池,可實現(xiàn)侵入式、在線實時測量。探頭系統(tǒng)的光程采用可調式,兩組樣品池的光程可實現(xiàn)0-50mm長度自由調節(jié),避免了光譜測定法(雙波長測定法)中不易選擇次波長的缺點。采用雙光束結構,通過參考通道的測量結果,以此實現(xiàn)對溫度、水流等因素的補償,進而達到提高檢測精度的目的。
　　文中,針對紫外光譜水質探頭(探頭)結構,采用Zemax光學軟件分析工具,進行了探頭各元件的仿真設計和像差評定分析。與此同時,利用 Tracepro光學軟件分析工

4、具,開展了探頭各元件結構設計和整體系統(tǒng)結果分析評估。借助于上述軟件分析工具,從不同角度進行了探頭的模擬仿真分析,從理論上證明了本論文方案設計的可實現(xiàn)性。在此基礎上,采用蒸餾水進行實際測試,實驗驗證了設計的探頭具有紫外光譜水質檢測的功能。利用8種不同濃度的硝酸鹽氮溶液在主波長和次波長處的吸光度,采用雙波長測試法得到硝酸鹽氮溶液在不同濃度下的標準曲線圖,實驗驗證了設計的探頭的線性度和靈敏度,并將結果與愛萬提斯探頭(探頭)測量結果進行了比對。