基于近紅外光譜的生活污水油脂定量檢測(cè)技術(shù)

周愛(ài)華

（山東創(chuàng)業(yè)環(huán)保科技發(fā)展有限公司郯城分公司，山東臨沂 276100）

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)居民生活水平的不斷提高，城鄉(xiāng)居民用水量不斷增加，產(chǎn)生的生活污水迅速增加，對(duì)于本就水資源短缺的我國(guó)來(lái)說(shuō)帶來(lái)的水資源供應(yīng)壓力不斷增強(qiáng)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行分析、檢測(cè)，進(jìn)而制定合理的生活污水處置措施，提高水資源循環(huán)利用效率。因此，生活污水中的各類有害物質(zhì)的檢測(cè)與處理技術(shù)對(duì)于生活污水的再循環(huán)利用越顯重要。針對(duì)城鎮(zhèn)居民生活污水的檢測(cè)主要以有機(jī)污染物、氮磷、病原微生物為主。在國(guó)內(nèi)，陳靖[1]以大腸桿菌為基礎(chǔ)研究了生活污水中病原微生物的檢測(cè)及水處理方法。張俐明利用納氏試劑分光光度法實(shí)現(xiàn)了生活污水中氨氮的定量檢測(cè)[2]。黃福義等[3]采用高通量熒光定量PCR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)生活污水中抗生素抗性的分布格局的檢測(cè)。崔丙健等[4]采用染料法實(shí)時(shí)熒光定量PCR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村生活污水中的阿米巴原蟲的定量檢測(cè)。本文通過(guò)研究近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的工作原理，結(jié)合日常工作中生活污水檢測(cè)技術(shù)要求，將近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工作中的生活污水中的有機(jī)污染物的定量及定性檢測(cè)中，可為城鎮(zhèn)生活污水中的有機(jī)污染物的檢測(cè)提供參考依據(jù)。

1 近紅外光譜法

近紅外光譜法可以通過(guò)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shí)現(xiàn)對(duì)生活污水中未知成分的定量及定性檢測(cè)與分析，具有無(wú)損檢測(cè)、分析效率高、傳輸性能好、檢測(cè)重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。構(gòu)建檢測(cè)模型時(shí)，需要對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少系統(tǒng)誤差對(duì)建模的影響，提高檢測(cè)精度，常用的樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理方法一般有平滑處理、導(dǎo)數(shù)處理、基線校正、散射效應(yīng)校正、自動(dòng)歸一化等。

1.1 工作原理

日常生活中產(chǎn)生的生活污水中的油脂屬于有機(jī)物，有機(jī)物均含有氫原子，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的原理即是利用近紅外光譜儀采集待檢樣本中有機(jī)物信息，得到待檢樣本的光譜圖及光譜信息，進(jìn)而利用有機(jī)物中的含氫基團(tuán)的振動(dòng)合頻，再通過(guò)構(gòu)建樣本模型，與已知樣本數(shù)據(jù)的振動(dòng)合頻、光譜信息進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)待檢樣本進(jìn)行定量和定性分析。分析公式為：

式中：M為吸光度，x0為入射光強(qiáng)度，x、ε為穿過(guò)待檢樣本后的額光強(qiáng)度，b為光程，C為待檢樣本的濃度。

近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)整體原理如圖1所示。

圖1 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)原理圖

1.2 基于近紅外光譜法的生活污水的數(shù)據(jù)采集

利用近紅外光譜法進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)采集主要基于近紅外光譜儀的工作原理，近紅外光譜儀主要由光源和接收器兩部分組成。首先根據(jù)檢測(cè)需要，將待檢測(cè)生活污水樣本裝入特定的容器中，并做好編號(hào)等標(biāo)記，再通過(guò)近紅外光譜儀照射到樣本中，進(jìn)而采集樣本反射回來(lái)的光譜圖。在原始數(shù)據(jù)采集過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)原始樣本做好控制，防止待檢樣本出現(xiàn)上下分層的現(xiàn)象，以免采集到的光譜圖不準(zhǔn)確，提高檢測(cè)精度。

2 樣本光譜數(shù)據(jù)提取與建模

由于近紅外光譜法采集到的數(shù)據(jù)范圍較寬，因此在采用近紅外光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)提取過(guò)程中，應(yīng)注意選擇合適的近紅外光譜儀的光譜區(qū)間對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，選擇合適的樣本吸光值和峰值數(shù)據(jù)。同理，在樣本數(shù)據(jù)建模過(guò)程中，要充分考慮待檢樣本所含有機(jī)污染物的種類?；诮t外光譜法進(jìn)行樣本檢測(cè)建模方法主要有偏最小二乘法（PLS）、支持向量機(jī)（SVM）、主成本分析法（PCA）等。其中PLS 方法可實(shí)現(xiàn)樣本的定量、定性分析，具有操作簡(jiǎn)單、方便快捷、預(yù)測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)；SVM 主要應(yīng)用于小樣本檢測(cè)，具有建模簡(jiǎn)單、全局最優(yōu)、應(yīng)用能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；PCA 方法可將多變量數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，實(shí)現(xiàn)了多變量數(shù)據(jù)的精確檢測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了近紅外光譜法的工作原理，提出了近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在城鎮(zhèn)生活污水中有機(jī)污染物檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)用性，并從近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在生活污水有機(jī)污染物檢測(cè)中的數(shù)據(jù)提取、樣本建模、對(duì)比分析進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，根據(jù)工作生活經(jīng)驗(yàn)，提出了檢測(cè)過(guò)程中注意的問(wèn)題。分析表明，近紅外光譜分析檢測(cè)技術(shù)在城鎮(zhèn)生活污水有機(jī)污染物的應(yīng)用檢測(cè)中具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢測(cè)裝置易構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)，可為生活污水中有機(jī)物的定量及定性檢測(cè)技術(shù)及制定生活污水處置措施提供依據(jù)。