基于荧光发射光谱的水质化学需氧量的检测

作     者：周昆鹏 刘双硕 崔健 张红娜 毕卫红 唐维 ZHOU Kun-peng;LIU Shuang-shuo;CUI Jian;ZHANG Hong-na;BI Wei-hong;TANG Wei

作者机构：内蒙古民族大学工学院内蒙古通辽028000 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 

基　　金：国家自然科学基金项目(61963031) 内蒙古自治区自然科学基金项目(2019MS06017) 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY20122) 河北省重点研发计划项目(18273302D) 内蒙古自治区大学生创新训练计划项目(201910136011)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2020年第40卷第4期

页      码：1143-1148页

摘      要：采用光谱技术检测水质参数是当前的一个研究热点,提出了一种基于荧光发射光谱的水质化学需氧量(COD)的检测方法。实验样本分为两组,第一组为20份COD标准溶液,第二组为63份实际水样。实验样本的化学需氧量检测采用快速消解分光光度法,利用三维荧光分光光度计采集水样在EX=275 nm激发波长下的荧光发射光谱(荧光发射光谱范围为EM=325~450 nm),并对两类水样的荧光发射光谱数据进行了处理和建模。分别采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)对两类水样的荧光发射光谱数据进行了预测模型的建立,并对模型效果进行了对比。为验证该方法的可行性和模型的预测能力,将所建PLSR模型预测结果与标准方法的检测结果进行了对比。结果表明,对于COD标准液来说, PLSR和PCR的主成分数分别取5和8时所得的模型的交叉检验效果最优,校正模型的决定系数分别为R^2/PLS=0.999 9和R^2/PLS=0.989 7,校正模型对检验集数据的预测误差不超过10%,且PLSR所建模型优于PCR模型。对于实际水样而言, PLSR和PCR的主成分数分别为6和7时,校正模型的交叉验证效果最优。PLSR法和PCR法的校正集的交叉检验均方差RMSECVPLS和RMSECVPCR分别为0.932 2和0.976 4 mg·L^-1。对于实际水样的检验集来说, PLSR法和PCR法的预测决定系数R^2/PLS和R^2/PLS分别为0.940 2和0.919 0,说明PLSR法的预测效果更优,基于荧光发射光谱数据的PLSR模型具有较高的预测能力和较强的适应性,可以快速、准确的检测出水质COD。通过和传统检测方法的效果对比可知,该方法可用于检测有机污染物浓度较低的水体,有机物浓度较高时采用该方法时检测误差会变大。该研究为水质检测光学传感器的研发提供了一种新的设计思路。

主 题 词：水质检测 化学需氧量 荧光 发射光谱 预测模型 

学科分类：081704[081704] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 0804[工学-材料学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2020)04-1143-06

馆 藏 号：203907536...