基于可見光近紅外透射光譜的水質監測研究

摘要：我國日前正處于經濟蓬勃向上，發展迅速的時期，不能讓環境保護問題成為我們前進的攔路虎。水資源污染問題關系到人們的生產生活和生命健康。所以水資源防治迫在眉睫，要想更好更快的進行水資源污染防治，前提是有便捷、精準的水質監測方法。

光譜技術有著成本低、易操作、分析效率高、方法適用性強等諸多優點，本研究通過光譜技術，對采集的樣本進行檢測，數據處理、對比分析等工作，用可見光近紅外光譜儀檢測水質，用不同水樣的光譜曲線的描述各個不同水樣的污染狀況，成功將光譜儀運用到水資源監測方面。

關鍵詞：水資源污染；水質監測；光譜技術；光譜分析技術

1.研究背景與意義

1.1研究背景

我們常說：水是生命源泉。水資源是人類最重要的自然資源，是人類賴以生存和發展的基本條件，當前我國水資源面臨的形勢十分嚴峻，水污染嚴重、水生態環境惡化等問題日益突出，已成為制約經濟社會可持續發展的主要瓶頸。

習近平總書記在十九大報告中提出：青山綠水便是金山銀山[1]。水質監測作為水資源控制工作中的基礎性工作，其意義和作用也變得更加重要。國家和人民迫切需要及時、準確、全面反映水資源環境質量和污染現狀的重要技術手段和科學依據。

1.2研究現狀

傳統的水質監測采用人工經驗操作的方法，存在耗時費力、監測范圍小、監測周期長，耗費人力物力較大，且監測不準確，不能實時反映水環境的動態變化等弊端。

1.3本文方法的優勢

利用可見光近紅外光譜技術分析樣品具有方便、快速、高效、準確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學試劑，不污染環境等優點。該儀器使用靈活，能對水域實現水質環境參數的實時采集、和水質無接觸、能隨時反應水質狀況、正是在水資源污染狀況危機下應運而生的產物。

2.論文的研究內容

能夠更好更快的檢測處水質狀況是我們努力的目標，所以本次課題旨在通過可見光近紅外光譜曲線分析水資源污染狀況、對水資源污染狀況進行監測。若能將光譜儀運用到水資源污染狀況檢測中，通過比對測出水樣的光譜曲線與純凈水光譜曲線之間的偏差程度即可判斷出各種水質的污染狀況，低成本、無污染、快速便捷監測水質的目標就能基本實現。

3.研究條件

3.1實驗光源

若在室內進行試驗，鎢燈光源的波長范圍大概在320nm-2500nm，用鎢燈照射檢測出的光譜曲線更廣、準確度更高，所以更好的選擇是用鎢燈作為光源。

3.2測量儀器

微型光譜儀采用反射式光譜測量方式其輕巧、便攜、測量方便、非接觸式測量等優點，尤其適合水環境定點實時監測中。本次實驗中采用的為海洋光學公司制造的USB2000+光纖光譜儀，波長量程在200-1100nm，分辨率為1.5nm，適合本次試驗。

3.3 檢測樣本

本次實驗共檢測五個樣本進行比對，幾組樣品都選擇用與礦泉水瓶相同的瓶子取樣，且都選擇在森林公園內取樣，方便控制變量，減小因為容器和污染源頭不同而造成的系統誤差。

選取樣品如下：

1.①號水純凈水選取礦泉水；

2.②號水有蘆葦的池塘水；

3.③號水湖水；

4.④號水十分渾濁，并且散發臭氣的水；

5.⑤號水選取污水溝里面的水；

4.檢測結果與數據分析

4.1各樣品的結果

五個樣品的光譜曲線對比如下。

圖中各顏色光譜曲線與水樣的對應關系如下：

“__________”①號純凈水

“__________”②號水

“__________”③號水

“__________”④號水

“__________”⑤號水

4.2 對比分析

1.純凈水和其他不同程度有污染的水，均在波長為600-700nm之間達到折射率高峰。說明該種污染源頭的水對600-700nm之間的光折射率最大。

2.④號⑤號水的后半段光譜曲線基本重合。說明④號、五號水對波長700nm以后的光折射率基本相同，說明其中某些物質的含量基本相同。

3.純凈水的折射率明顯小于其他不同程度污染的水質，因為純凈水中所含雜質較少，基本屬于零污染的水樣，所以對光的折射率較小.

4.每條曲線關于純凈水光譜曲線的偏離程度不同，也就是污染程度不同，但因為光譜曲線形狀大致相似，所以偏離程度不同說明的是不同污染程度的水所含的元素的量有所差異。

5.根據每條曲線關于純凈水光譜曲線的偏折程度可以判斷出這些水樣的污染程度為①<②<③<④<⑤。

4.3數據誤差分析

1.因為水上下成分有差距，我們所測的位置不一定和其他地方或者原來的水質相同，所測的數據就不能很好地代表原來取水處的水質污染狀況。

2.實驗時沒有嚴格控制每種水樣的溫度相同。溫度對液體的折射率會有影響[5]，所以得到的水樣的折射率會因溫度不同而有所差異，沒有控制水樣唯一的不同是污染程度。

5.研究結論與創新點

綜上所述，得出研究結論：不同污染程度的水中含有的污染元素的量不同，對光的折射率就有所不同，反應到光譜曲線中就是不同污染程度不同的水的光譜曲線關于純凈水的光譜曲線的偏離程度不同。我們可以通過不同污染程度的水的光譜曲線與純凈水的光譜曲線的偏離程度來判斷水質之間污染程度的大小.

創新點：光譜分析技術作為一種全新的技術，正向多個領域全面發展，本次實驗也想探索這種新興的技術在水資源檢測方面的潛力。

6.展望

實驗用光學儀器可見光近紅外光譜儀進行檢測到不同污染程度的水質光譜曲線是不一樣的，可見光譜儀在水資源監測方面的發展是很具有潛力的，若在未來光譜技術儀發展的更好，能對水質狀況進行定量檢測。

參考文獻：

[1].中國共產黨第十九次全國人民代表大會，習近平總書記報告；

作者簡介：我叫徐聃，是一名高三理科班的女生，目前就讀于昌吉州第一中學。