專(zhuān)利名稱：一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的紫外光電方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的方法和利用這種方法工作的有機(jī)污染物監(jiān)測(cè) 裝置，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和污染處理領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)有的有機(jī)污染物紫外光電檢測(cè)方法和裝置種類(lèi)較多，有紫外分光光度計(jì)和便攜 式紫外監(jiān)測(cè)儀等，但它們都是用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而不能用于在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警，并且裝置 體積較大、成本高，大多需要取樣后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，或者用于測(cè)量總有機(jī)污染物
的某些指標(biāo)參數(shù)，如COD、 BOD、 TOC等，而對(duì)具體的特征污染物的識(shí)別和污染物 的濃度測(cè)量缺乏必要的手段和方法。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以在線快速識(shí)別和測(cè)量一種或多種特征污染物的 紫外光電測(cè)量及數(shù)據(jù)處理方法以及利用這種方法工作的監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，這種監(jiān)測(cè)的方 法可以實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)情況的動(dòng)態(tài)變化。
本發(fā)明提供的有機(jī)污染物的紫外光電方法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其步驟如下a、針對(duì)具體 的監(jiān)測(cè)地點(diǎn)與環(huán)境，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3中預(yù)置一個(gè)參考紫外光譜圖與多個(gè)需要監(jiān)測(cè)的
特征污染物的參考吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)；b、設(shè)有不同的紫外光源的波長(zhǎng)，測(cè)量一個(gè)至幾 個(gè)不同紫外波長(zhǎng)處的紫外光吸收值數(shù)據(jù)，需要的不同紫外波長(zhǎng)光源個(gè)數(shù)要根據(jù)需要?jiǎng)?態(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物的個(gè)數(shù)，不同波長(zhǎng)的光源個(gè)數(shù)等于所需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物 個(gè)數(shù)加一；通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3與預(yù)置的參考紫外光譜圖比較，得到一組吸光度差值 數(shù)據(jù)；c、根據(jù)數(shù)吸光度差值及比值，比對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3中預(yù)置的特征污染物的參 考吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)，得到污染物的種類(lèi)和濃度；d、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3將新的測(cè)量結(jié)果 進(jìn)行存儲(chǔ)，并同步更新預(yù)置的參考紫外光譜圖，等待下次測(cè)量。
本發(fā)明可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3對(duì)不同時(shí)刻的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷，進(jìn)行動(dòng)態(tài)在線 監(jiān)測(cè)，設(shè)有預(yù)警閾值，當(dāng)測(cè)量值變化幅度超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)預(yù)警或報(bào)警。
參考吸收譜圖可以根據(jù)測(cè)量地點(diǎn)的具體情況設(shè)置的。參考吸收譜圖也可以根據(jù)監(jiān) 測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)更新的。
上述紫外光源1是紫外LED光源；上述的紫外接收器2是用GaN基材料制成； 上述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3包含數(shù)據(jù)采集，處理，顯示，報(bào)警和傳輸功能； 上述的電源4為太陽(yáng)能電池，干電池或可充電電池；
上述支架5用金屬材料制成；上述的密封罩7用玻璃等透光材料制成。 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法的原理如下通常情況下，對(duì)于某個(gè)固定的待測(cè)水質(zhì)， 一般情況下 它的紫外光譜非常穩(wěn)定，有固定的曲線形狀，圖1中P0曲線即為某個(gè)待測(cè)水質(zhì)一般
情況下它的紫外光譜曲線。同一種污染物對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同，不同污染物對(duì) 不同波長(zhǎng)光的吸光度曲線不同，圖1中Pl、 P2曲線即為兩種不同污染物的紫外光譜 曲線。圖2為同一污染物不同濃度時(shí)的紫外光譜曲線，可以看出，不同濃度的同一種 污染物，其吸收曲線形狀相似。如果污染物濃度或成分發(fā)生變化，那么在變化前后測(cè) 量得到的實(shí)測(cè)紫外吸收光譜圖必然也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，如果只有一種成分發(fā)生變化， 那么可以通過(guò)測(cè)量?jī)商幉煌ㄩL(zhǎng)處的吸光度變化值的比值來(lái)判定發(fā)生變化的成分類(lèi) 別，同樣，如果n種成分同時(shí)發(fā)生變化，只要測(cè)量n+l處不同波長(zhǎng)處的吸光度變化值 及其比值就可以判定發(fā)生變化的成分類(lèi)別，下面以只有一種和兩種成分發(fā)生變化的情 況為例來(lái)具體說(shuō)明其動(dòng)態(tài)測(cè)試原理。圖3中曲線P0表示未被污染的水質(zhì)紫外光譜曲 線，P表示為污染后的水質(zhì)紫外光譜曲線，假設(shè)污染物為單一成分類(lèi)型。在兩個(gè)不同 波長(zhǎng)(這里取250nm和300nm)處分別得到污染前后的吸光度差值A(chǔ) Al和A A2，由 圖1中的P1、 P2曲線和圖2可以看出，不同污染物在不同波長(zhǎng)處的吸光度比值不同， 同一污染物在不同波長(zhǎng)處的吸光度比值相同，而與污染物濃度無(wú)關(guān)。因此，由吸光度 差值的比值A(chǔ)A1/AA2可以確定污染物成分，再根據(jù)郎伯-比爾定率及實(shí)測(cè)紫外吸收 光譜的相對(duì)變化量值算出此種污染物的變化濃度。其中，郎伯-比爾定率如下式所示.-
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A為吸光度值；S為摩爾吸收系數(shù)，對(duì)某一物質(zhì)在一定波長(zhǎng)S下是一個(gè)常數(shù)；L為光 程；C為溶質(zhì)的摩爾濃度。若污染物為兩種未知成分，則要取三個(gè)波長(zhǎng)(這里取250nm、 300nm和350nm)測(cè)量吸光度差值的比值，設(shè)兩種污染物的濃度分別為Cl和C2，污 染前后的吸光度差值用AA表示，得到三個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度差值的比值如下
<formula>formula see original document page 4</formula>求解(2)式，得到C1和C2有解的條件為，見(jiàn)(3)式。
由(3)式可以求解六個(gè)未知的摩爾吸收系數(shù)及其比值，對(duì)比摩爾吸收系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)， 從而確定兩種污染物的成分。確定污染物的成分后，帶入(2)式或下面的(4)式即 可獲得污染物的濃度。
<formula>formula see original document page 4</formula>緒 s2,250s2,250緒 s2,350s2,250認(rèn)
s2，350s2,300紹s2,300e2,300
sl,250s2,250s2,250sl,250el,250s2，350e2,250el,350
sl,300s2，350s2,300fl,350el，300s2,300s2,300sl,300
s2,250e2，250緒e2，350s2，250
e2,350e2，300扁扁e2,300s2,350
el,250f2,250e2，250el,250el，250s2，350e2,250el,350
el,300s2,350s2,300sl，350sl,350e2,300e2,350sl,300
Mle2,350s2,250扁e2，350s2,250超
e2，300s2，300認(rèn)e2,300e2,350
el，250f2,350s2,250 el，350sl,250 e2,350￡2,250s1,350
el,300e2,300e2，300sl，300sl,350￡2,300e2,350sl，300
緒 el,250sl,250 ,zUl扁el，250sl,350認(rèn)
認(rèn)sl,300el，350el，300el，300
el，250s2,250e2，250el，250sl,250 e2,350e2,250el,350
sl，300s2,350￡2,300sl,350fl,300s2,300s2，300fl,300
緒fl，250sl，350el,250el,350 緒
sl，300el,300el,350sl,300
sl,250 s2，350e2,250sl,350el,250 s2，350e2,250 el,350
el,300s2,300s2，300sl,300el，350s2，300s2,350el，300
el，250sl,250, el,250el,350 /Ul
認(rèn)sl,300fl，350sl，350fl，300zU3
fl，250 s2，250e2,250 el,250fl,250 e2，350e2,250el,350
fl,300s2,350e2,300el，350sl,350e2,300s2，350el，300
(3)
M = el,250 * CI Z + e2，250 * C2 "
M2 = el,300*Cl" + e2,300*C2" (4)
扁=sl，350 * CI" + e2，350 * C2 "
同理，若污染物為n種未知成分，測(cè)量n+l個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度值，得到n個(gè)吸光度值 比值表達(dá)式，即可確定n種未知成分和濃度，當(dāng)然，前提條件是事先必須建立這n種 成分在n+l處的吸光度值或比值數(shù)據(jù)庫(kù)。將新的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并疊加到參考紫外 光譜圖，同步更新預(yù)置的參考紫外光譜圖，等待下次測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線的動(dòng)態(tài) 監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明有益效果是根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法而設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)快速、 便捷的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)不同條件下的測(cè)量，監(jiān)測(cè)指定監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的指定幾 種特征污染物；因此，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、科學(xué)研究，工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
四

圖1為待測(cè)水質(zhì)的紫外光譜曲線，
圖2為同一污染物不同濃度時(shí)的紫外光譜曲線，
圖3中曲線P0表示未被污染的水質(zhì)紫外光譜曲線，P表示為污染后的水質(zhì)紫外
光譜曲線，假設(shè)污染物為單一成分類(lèi)型。
圖4是本發(fā)明污染物監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意剖面圖。
l-紫外光源、2-紫外接收器、3-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、4-電源、5-支架、6-導(dǎo)線、7-密封罩。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1水樣中油分的監(jiān)測(cè)。紫外光源1是采用Seoul公司的T9F25型紫外LED 光源1個(gè)，其波長(zhǎng)為255nm;紫外接收器2是GaN材料制成半導(dǎo)體探測(cè)器，也可以 采用常規(guī)的紫外探測(cè)器；紫外光源1與紫外接收器2之間用A1合金支架5連接，紫 外光源l與紫外接收器2之間的距離為2cm;紫外光源l、紫外接收器2與支架5通 過(guò)玻璃封裝在凹形密封罩7內(nèi)，封裝厚度0.5cm;電源4為6V干電池；數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)3預(yù)置水樣加油前的吸收譜圖。將探測(cè)器直接放入待測(cè)水樣中，得到吸光度為 0.3642，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3得到油的濃度為42.80mg/l，與用化學(xué)方法測(cè)量的結(jié)果 42.46 mg/l基本一致。
實(shí)施例2水質(zhì)特征污染物2-甲基吡啶和苯達(dá)松監(jiān)測(cè)預(yù)警。紫外光源1是采用 PROFINA公司的UVTOP-T039型紫外LED光源2個(gè)，其波長(zhǎng)分別為250nrn和270nm; 紫外接收器2是GaN材料制成；紫外光源1與紫外接收器2之間用Al合金支架5連 接，紫外光源l與紫外接收器2之間的距離為2cm;紫外光源l、紫外接收器2與支 架5通過(guò)玻璃封裝在凹形密封罩7內(nèi)，封裝厚度0.5cm;電源4為6V干電池；數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)3預(yù)置參考水樣的吸收譜圖和特征污染物的相對(duì)吸光度比值數(shù)據(jù)庫(kù)(2-甲基 吡啶為13: 3，苯達(dá)松為l: 1)，并預(yù)置報(bào)警閾值為5mg/1。將探測(cè)器直接放入待測(cè)水 樣中，得到初始時(shí)刻在250nm和270nm處的吸光度分別為0.5082和0.3642并存入 據(jù)處理系統(tǒng)3的數(shù)據(jù)庫(kù)中，此時(shí)對(duì)應(yīng)的2-甲基吡啶和苯達(dá)松濃度分別為20 mg/1和 10mg/l。隔30分鐘采樣一次，得到在250nm和270nm處的吸光度值分別為0.5215 和0.3673，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3將采樣值減去初始值，得到在250nm和270nm處的 吸光度差值分別為0.0133和0.0031，吸光度差值的比值為13.1: 3丄通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)3預(yù)置的吸光度比值數(shù)據(jù)庫(kù)可以知道此比值非常接近2-甲基吡啶的相對(duì)吸光 度比值13: 3，由此可以斷定此主要污染物必為2-甲基吡啶，苯達(dá)松的影響很小，可 以忽略。然后根據(jù)2-甲基吡啶在250nm處的摩爾吸收系數(shù)可以算出此時(shí)2-甲基吡啶 的濃度變化為9.43mg/l，而苯達(dá)松濃度幾乎沒(méi)有發(fā)生變化(若要精確測(cè)量苯達(dá)松濃度 變化，可以用三波長(zhǎng)方法測(cè)量，即再增加一個(gè)波長(zhǎng)的紫外光源，詳見(jiàn)發(fā)明內(nèi)容部分)， 由于2-甲基吡啶的濃度變化大于5mg/1，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3的報(bào)警蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)3的顯示系統(tǒng)給出特征污染物的類(lèi)型和濃度分別為2-甲基吡啶和29.43 mg/1。然后，分別將此時(shí)對(duì)應(yīng)的2-甲基吡啶和苯達(dá)松濃度29.43 mg/l、 10mg/l以及在 250nrn和270nm處的吸光度值0.5215、 0.3673寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為新的初始值，等待 下一次的測(cè)量與報(bào)警。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的裝置，其特征在于它包括紫外光源(1)，紫外接收器(2)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)，電源(4)，支架(5)，導(dǎo)線(6)和密封罩(7)組成，其中紫外光源(1)與紫外接收器(2)固定在支架(5)上，紫外光源(1)的兩端通過(guò)導(dǎo)線(6)與電源(4)相連接，紫外接收器(2)的兩端通過(guò)導(dǎo)線(6)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)相連接，部件(1)、(2)被封裝在密封罩(7)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的裝置，其特征在于所述的紫外光源 (1)為單個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的紫外LED光源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的裝置，其特征在于所述的紫外接收 器(2)為GaN基紫外光電探測(cè)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)(3)為單片機(jī)系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和顯示兩大部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物的裝置，其特征在于所述的密封罩(7) 為玻璃或塑料等材料封裝，防水和防腐蝕。
6. —種有機(jī)污染物的紫外光電動(dòng)態(tài)污染監(jiān)測(cè)的方法，其特征是步驟如下a、針 對(duì)具體的監(jiān)測(cè)地點(diǎn)與環(huán)境，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)中預(yù)置一個(gè)參考紫外光譜圖與幾個(gè) 具體的特征污染物的參考吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)；b、 根據(jù)不同的紫外光源(1)的波長(zhǎng)，測(cè)量一個(gè)至幾個(gè)不同紫外波長(zhǎng)處的紫外 光吸收值數(shù)據(jù)，需要的不同紫外波長(zhǎng)光源個(gè)數(shù)要根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物的個(gè) 數(shù)，不同波長(zhǎng)的光源個(gè)數(shù)等于所需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物個(gè)數(shù)加一，通過(guò)數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)(3)與預(yù)置的參考紫外光譜圖比較，得到一組吸光度差值數(shù)據(jù)；c、 根據(jù)吸光度差值及比值，比對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)中預(yù)置的特征污染物的參考 吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)，得到污染物的種類(lèi)和濃度；d、 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)將新的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，并同步更新預(yù)置的參考紫外 光譜圖，等待下次測(cè)量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3) 對(duì)不同時(shí)刻的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷，，進(jìn)行動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)。
8..根據(jù)權(quán)利要求6所述有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于參考吸收譜圖是根 據(jù)測(cè)量地點(diǎn)的具體情況設(shè)置的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于參考吸收譜圖是根 據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)更新的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于設(shè)有預(yù)警閾值，當(dāng) 測(cè)量值變化幅度超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)預(yù)警或報(bào)警。
全文摘要
有機(jī)污染物的紫外光電動(dòng)態(tài)污染監(jiān)測(cè)的方法，a)、針對(duì)具體的監(jiān)測(cè)地點(diǎn)與環(huán)境，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)中預(yù)置一個(gè)參考紫外光譜圖與幾個(gè)具體的特征污染物的參考吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)；b)、根據(jù)不同的紫外光源(1)的波長(zhǎng)，測(cè)量一個(gè)至幾個(gè)不同紫外波長(zhǎng)處的紫外光吸收值數(shù)據(jù)，需要的不同紫外波長(zhǎng)光源個(gè)數(shù)要根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物的個(gè)數(shù)，不同波長(zhǎng)的光源個(gè)數(shù)等于所需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)的特征污染物個(gè)數(shù)加一，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)與預(yù)置的參考紫外光譜圖比較，得到一組吸光度差值數(shù)據(jù)；c)、根據(jù)吸光度差值及比值，比對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)中預(yù)置的特征污染物的參考吸收譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)，得到污染物的種類(lèi)和濃度。可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境污染情況及具有預(yù)警功能。
文檔編號(hào)G01N21/31GK101349641SQ20081019620
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者榮 張, 張開(kāi)驍, 胡立群, 鄭有炓, 陳敦軍 申請(qǐng)人:南京大學(xué)