基于紫外光谱法的海水硝酸盐在线监测技术研究

摘要

硝酸盐含量是估计水质质量的指标之一，对海洋生态、渔业及人体健康的影响重大，对水质质量监测尤其重要。本文搭建了一种水中硝酸盐在线原位监测系统，主要采用紫外吸收光谱法检测技术，通过建立的偏最小二乘模型对吸光度进行计算，测定水中硝酸盐浓度。该方法可用于探测海水中硝酸盐浓度，具有测试结果准确可靠，简单快速，实用性强等特点。
　　(1)实验采用紫外吸收全光谱法在200~370nm波段测试了硝酸盐、溴离子、氯离子和浊度，以及他们与硝酸盐的混合溶液的紫外吸收光谱。测试装置采用光程为10mm的流通式样品池，并采用参考光路消除系统误差，能够有效降低系统噪声、光源波动等对测量精度的影响。通过这些干扰物的紫外吸收光谱与硝酸盐紫外吸收光谱的对比分析，获得了硝酸盐和干扰物质的吸收特性，以及吸光度随波长变化的规律。由此，分析了这些物质对测定海水硝酸盐的干扰作用，为去除干扰的补偿方法提供了研究依据。
　　(2)通过偏最小二乘法建立了吸光度与硝酸盐浓度之间的参数反演模型，并且选取不同波段分别进行建模，由建立的偏最小二乘模型计算了同组硝酸盐浓度。结果表明210~240nm波段是系统最佳建模波长区间，用此波段建模的测试数据平均绝对误差为0.038，标准差为0.055，测定硝酸盐浓度最准确稳定。
　　(3)将系统测量的不同水样的硝酸盐浓度值与实验配制浓度值相比较，结果表明二者的线性拟合曲线的相关系数R2为0.99998，具有良好的相关性，系统误差分析得到平均相对误差为0.65％。通过现场海水测试和加标回收实验，验证了系统的可靠性和实用性，表明本文使用的紫外吸收全光谱法可用于测定海水中的硝酸盐。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 海水硝酸盐检测研究现状

1.3 紫外吸收光谱法测定硝酸盐研究现状

1.4 本文主要研究目标与研究内容

2 紫外吸收光谱法测定硝酸盐基本原理

2.1 紫外吸收光谱的产生原理

2.2 朗伯-比尔定律与吸光度加和性原理

2.3干扰物对测定海水硝酸盐影响

2.4本章小结

3实验系统的设计

3.1 实验系统装置结构

3.2 系统组成元件介绍

3.3 测试背景污染及误差研究分析

3.4 本章小结

4 偏最小二乘算法模型

4.1 主成分分析

4.2多因变量偏最小二乘法

4.2偏最小二乘预测模型

4.4最佳建模波长区间选择

4.5本章小结

5 实验结果与分析

5.1 系统标定

5.2 实验数据结果分析

5.3 现场海水采样测试及加标回收实验

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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