基于连续光谱分析的在线水质检测信号处理研究(3)

物质最大特征吸收峰承载了被测物质的含量信息，而其左右两侧的拐点则承载了背景干扰的重要信息［６］，因此，均可作为被测物质吸收光谱的特征波长，基于不同水质参数检测样品化学预处理反应体系吸收光谱的特征波长，运用三波长光谱分析法，能够有效消除浊度背景干扰，提高水质参数检测的准确度。下文以重要水质参数化学需氧量（chemicaloxy-gendemand，COD）的检测分析予以说明。

采用Fenton试剂消解有机物、孔雀绿竞争显色光谱分析法检测水样中COD值［１１］，为分析的方便，配制具有一定浓度梯度的水质COD标准溶液（浓度为３.７５，７.５，１５和２０mg L－１的邻苯二甲酸氢钾溶液），分别进行化学预处理反分辨率滤波后，消除了原信号中的毛刺和尖峰，光谱曲线变得非常平滑，并且滤波后信号的峰位置、峰高、峰面积几乎均保持不变，误差在很小范围内，有用的信号没有损失［８，９］，可见小波多分辨率滤波是获取高信噪比的理想数据处理算法，

可应用于在线水质检测光谱测量信号的噪声处理。

Fig.5　Thechromiumreconstruction’ssamplesignalreactionofhexavalent

system

2.3　背景光谱干扰处理

依据水质检测被测显色物质的多特征光谱，利用三波长光谱分析法，有效抑制了水浊度背景光谱干扰。２.３.１　三波长光谱分析法

由于浊度在长波长可见光范围内下降缓慢，浊度吸光度曲线相对平坦，因此在一定的波长范围内可以把浊度的背景干扰曲线近似为一条倾斜的直线［１０］，如图６所示，取R为左参考波长、M为测量波长（以被测物质特征吸收波长作为测量波长）、P为右参考波长，则依据三波长光谱分析法（式４）可有效抑制浊度背景干扰［１１］。式４中，C是被测物质浓度，k为比例系数。

ΔA＝A＝A１－１２３１

１－Mλ１λ３－λ２A３－λ３－λ２

A２＝kC

（４）

Fig.6　Theprincipleofthree-wavelengthspectralanalysis２.３.２　三波长光谱分析法波长的确定

实验研究与分析发现，被测显色物质最大特征吸收峰左右两侧的拐点（一般为“波谷”或波峰与平坦带之间的“过渡点”）随被测物质含量的改变变化不大，甚至不变，被测显色

应与光谱检测，分析各浓度标准样品化学预处理显色反应体系及空白反应体系的吸收光谱曲线，如图７

所示。

Fig.7　ThewithabsorptiondifferentconcentrationsspectrumoftheCODstandardsolutions

nm　　存在一个波峰与平坦带之间的处存在一个吸收曲线波谷由图７可见，在显色反应体系光谱最大吸收峰左侧，４８０“在最大吸收峰右侧过渡点”，而且在６９０４８０nmnm处处吸光度值随样品中COD的浓度改变极小，而在６９０nm处则几乎不随样品中COD浓度的改变而改变，因此这两个点均代表了水样浊度背景干扰的重要信息。根据浊度的变化规律［１０］，按图６三波长光谱分析法消除浊度干扰的原理，取６１０nm为测量波长λ１，４８０和６９０nm分别为参考波长λ２和λ３，按（５）式，确定水质COD含量检测的三波长光谱分析法为

ΔA＝A６１０－２１０A４８０－２１０

A６９０＝kC（５）

ionic　　同理，针对水质六价铬（Cr６＋）和阴离子表面活性剂（被测光谱的特征波长surfactant，AS）的检测an-，也可采用三波长光谱分析法消除背景，依据它们各自显色反应体系的干扰［１２-１４］，如式（６）和式（７）所示。

ΔA＝A５４０－１７０A４５５－１７０A６２５＝kC（６）

ΔA＝A６５２－１６０A５６０－１６０

A７２０＝kC（７）

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