基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器技术

本发明专利技术公开了一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器，通过标定不同有机物在对应选择波长的摩尔吸光系数；获取不同有机物在红外光投射下的吸光度，确定不同有机物的物质浓度；进而通过总磷转换系数，得到全部有机物含磷的物质浓度；测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数；获取不同离子在电极响应下的电极电压，确定所述不同离子的物质浓度；进而通过有效磷转换系数，得到全部离子有效含磷的物质浓度；最后构建总磷计算公式，并将全部有机物含磷的物质浓度和全部离子有效含磷的物质浓度带入计算公式，得到水中总磷的含量。实现了对水中总磷的直接连续在线监测，且提高了监测结果的准确性和时效性。且提高了监测结果的准确性和时效性。且提高了监测结果的准确性和时效性。

【技术实现步骤摘要】
基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器


[0001]本专利技术涉及水体总磷检测
，尤其涉及一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器。

技术介绍

[0002]总磷，简称为TP，水中的总磷含量是衡量水质的重要指标之一。水中磷可以以元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在。其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等。磷酸盐会干扰水厂中的混凝过程。水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量磷是造成水体污秽异臭，使湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因，常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
[0003]磷是水污染治理中的重要控制指标，污水中的总磷主要来自生活污水、工业废水和农业及园林绿化化肥施用后的排出水。磷是生物生长不可或缺的营养元素，但水体含有过量的磷，就会造成水体的富营养化。近年来见诸报端的赤潮和水华现象，就是海洋与湖泊中磷等营养物质含量过高造成的水体富营养化。
[0004]现有的总磷监测是通过分析仪器进行的，属于化学方法，其采集一次水样后需要数小时才能检测出结果，因此只能对某个时间点的总磷进行监测而无法实现对水质总磷实现直接连续在线监测，水质总磷的周期性检测导致总磷监测的准确性和时效性都有待提升。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器，旨在解决现有水中总磷监测无法实现直接连续在线监测，且其监测结果的准确性和时效性略低。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为提供一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，包括：标定不同有机物在对应选择波长的摩尔吸光系数；获取不同有机物在红外光投射下的吸光度，并基于所述吸光度和所述摩尔吸光系数，确定所述不同有机物的物质浓度；将所述不同有机物的物质浓度通过总磷转换系数，得到全部有机物含磷的物质浓度；测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数；获取不同离子在电极响应下的电极电压，并基于所述电位选择系数和所述电极电压，确定所述不同离子的物质浓度；将所述不同离子的物质浓度通过有效磷转换系数，得到全部离子有效含磷的物质浓度；
构建总磷计算公式，并将所述全部有机物含磷的物质浓度和所述全部离子有效含磷的物质浓度带入所述计算公式，得到水中总磷的含量。
[0007]可选的，所述获取不同有机物在红外光投射下的吸光度的方法，包括：构建不同波长的红外光透射全部种类有机物时吸光度的标准计算方程；通过阵列光谱投射待测水体时获取到的各个波长红外光的入射光强和出射光强，计算各个波长红外光的实际吸光度。
[0008]可选的，所述阵列光谱被配置为至少包括：用于检测4.38μm、8.40μm、10.20μm、10.50μm、11.30μm、11.50μm、11.40μm、12.88μm、19.10μm的检测光路，还可以包括：用于消除待测水体的浊度和其他物质光源干扰的365nm及550nm两路差分光源。
[0009]可选的，所述测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数，包括：基于离子选择性电极和参比电极，生成离子选择性电极电池，所述离子选择性电极电池包含有离子对应选择敏感膜；获取包括相同离子的第一标准液和第二标准液；通过在半对数曲线纸上测绘所述第一标准液和所述第二标准液的电势读数，确定所述离子选择性电极的响应曲线；基于所述响应曲线，采用图解法获取离子的电位选择系数。
[0010]可选的，所述获取不同离子在电极响应下的电极电压，包括：确定离子选择性电极电池投入待测水体时，离子选择性电极不同的敏感膜选择性响应其对应的特定离子；获取所述特定离子的电极采集信号，并将所述特定离子的电极采集信号带入所述标准计算方程，得到所述特定离子的在电极响应下的电极电压。
[0011]可选的，确定不同有机物含磷或离子有效含磷的物质浓度之后，还包括：基于本底样本标定法，预构建校准方程；利用所述校准方程校准不同种类有机物含磷或离子有效含磷的测量浓度；构建温度修正系数；基于所述温度修正系数修正校准后的所述不同种类有机物含磷或离子有效含磷的测量浓度。
[0012]可选的，基于本底样本标定法，预构建校准方程的方法，包括：将待测水体划分为第一样本和第二样本；通过所述阵列光谱测得所述第一样本的不同种类有机物含磷的待标定物质浓度，或通过离子选择性电极测得所述第一样本的不同种类离子有效含磷的待标定物质浓度；通过本底样本浓缩装置将所述第二样本的水分去除后测得不同种类有机物含磷或离子有效含磷的物质浓度样本；构建校准方程，其中，为回归系数，为截距，为校准后的测量值，为测量值，其中，基于所述待标定物质浓度和所述物质浓度样本求得所述回归系数和所述截距。
[0013]可选的，所述构建总磷计算公式为，其中，为总磷的含量；为红外有机磷测量误差系数；为红外有机磷测量浓度；
为非磷酸根磷酸盐转换系数；为磷酸根误差系数；为磷酸根测量浓度。
[0014]相应的，本专利技术提供一种传感器，应用于上述任意一项所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，包括：阵列光谱，由光源和光检测器构成，用于获取阵列光谱包含的各个波长红外光的入射光强与出射光强；离子选择性电极电池，由离子选择性电极和参比电极构成，用于获取特定离子的电极采集信号；数据处理单元，用于标定不同有机物在对应选择波长的摩尔吸光系数；获取不同有机物在红外光投射下的吸光度，并基于所述吸光度和所述摩尔吸光系数，确定所述不同有机物的物质浓度；将所述不同有机物的物质浓度通过总磷转换系数，得到全部有机物含磷的物质浓度；测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数；获取不同离子在电极响应下的电极电压，并基于所述电位选择系数和所述电极电压，确定所述不同离子的物质浓度；将所述不同离子的物质浓度通过有效磷转换系数，得到全部离子有效含磷的物质浓度；用于构建总磷计算公式，并将所述全部有机物含磷的物质浓度和所述全部离子有效含磷的物质浓度带入所述计算公式，得到水中总磷的含量。
[0015]可选的，所述阵列光谱被配置为至少包括：用于检测4.38μm、8.40μm、10.20μm、10.50μm、11.30μm、11.50μm、11.40μm、12.88μm、19.10μm的检测光路，还可以包括：用于消除待测水体的浊度和其他物质光源干扰的365nm及550nm两路差分光源。
[0016]本专利技术的首要改进之处为提供的一种基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法及传感器，通过标定不同有机物在对应选择波长的摩尔吸光系数；获取不同有机物在红外光投射下的吸光度，并基于所述吸光度和所述摩尔吸光系数，确定所述不同有机物的物质浓度；将所述不同有机物的物质浓度通过TP转换系数，得到全部有机物含磷的物质浓度；测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数；获取不同离子在电极响应下的电极电压，并基于所述电位选择系数和所述电极电压，确定所述不同离子的物质浓度；将所述不同离子的物质浓度通过有效磷转换系数，得到全部离子有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，包括：标定不同有机物在对应选择波长的摩尔吸光系数；获取不同有机物在红外光投射下的吸光度，并基于所述吸光度和所述摩尔吸光系数，确定所述不同有机物的物质浓度；将所述不同有机物的物质浓度通过总磷转换系数，得到全部有机物含磷的物质浓度；测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数；获取不同离子在电极响应下的电极电压，并基于所述电位选择系数和所述电极电压，确定所述不同离子的物质浓度；将所述不同离子的物质浓度通过有效磷转换系数，得到全部离子有效含磷的物质浓度；构建总磷计算公式，并将所述全部有机物含磷的物质浓度和所述全部离子有效含磷的物质浓度带入所述计算公式，得到水中总磷的含量。2.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，所述获取不同有机物在红外光投射下的吸光度的方法，包括：构建不同波长的红外光透射全部种类有机物时吸光度的标准计算方程；通过阵列光谱投射待测水体时获取到的各个波长红外光的入射光强和出射光强，计算各个波长红外光的实际吸光度。3.根据权利要求2所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，所述阵列光谱被配置为至少包括：用于检测4.38μm、8.40μm、10.20μm、10.50μm、11.30μm、11.50μm、11.40μm、12.88μm、19.10μm的检测光路，还可以包括：用于消除待测水体的浊度和其他物质光源干扰的365nm及550nm两路差分光源。4.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，所述测定不同离子在对应选择敏感膜的电位选择系数，包括：基于离子选择性电极和参比电极，生成离子选择性电极电池，所述离子选择性电极电池包含有离子对应选择敏感膜；获取包括相同离子的第一标准液和第二标准液；通过在半对数曲线纸上测绘所述第一标准液和所述第二标准液的电势读数，确定所述离子选择性电极的响应曲线；基于所述响应曲线，采用图解法获取离子的电位选择系数。5.根据权利要求4所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，所述获取不同离子在电极响应下的电极电压，包括：确定离子选择性电极电池投入待测水体时，离子选择性电极不同的敏感膜选择性响应其对应的特定离子；获取所述特定离子的电极采集信号，并基于所述特定离子的电极采集信号，计算所述特定离子在电极响应下的电极电压。6.根据权利要求1所述的基于阵列光谱和离子选择法的水中总磷检测方法，其特征在于，确定不同有机物含磷或离子有效含磷的物质浓度之后，还包括：基于本底样本标定法，预构建校准...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐勇，汤江文，张晓超，姜兰，刘学辉，章文，
申请(专利权)人：成都博瑞科传科技有限公司，
类型：发明
国别省市：