三維熒光技術(shù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法探討

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【摘要】由于傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差較大，為此提出基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究。首先通過設(shè)置采樣斷面采集到水環(huán)境樣本，然后對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行處理，最后應(yīng)用三維熒光技術(shù)對(duì)處理后的樣本進(jìn)行質(zhì)量分析，以此完成基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)誤差低于傳統(tǒng)方法。

【關(guān)鍵詞】三維熒光技術(shù)；水環(huán)境監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)誤差；采樣斷面

引言

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是按照水資源生態(tài)環(huán)境規(guī)律對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定期或者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其主要目的是了解目前水環(huán)境的質(zhì)量狀況，是否含有有毒有害物質(zhì)，為水環(huán)境治理和水環(huán)境保護(hù)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)。三維熒光技術(shù)是以熒光光譜法為理論依據(jù)的一種測(cè)量方法，國(guó)外學(xué)者對(duì)三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)進(jìn)行了探究性研究，研究表示三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有選擇性較好、靈敏度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)[1]。但是三維熒光技術(shù)在國(guó)內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面還沒有得到廣泛應(yīng)用，此次結(jié)合國(guó)內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，引入三維熒光技術(shù)，設(shè)計(jì)一套新的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

1水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1水環(huán)境監(jiān)測(cè)水樣采集

為了滿足對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)需求，本章采用獲取樣本數(shù)據(jù)的方式，對(duì)監(jiān)測(cè)的水環(huán)境樣本進(jìn)行采集處理。在此過程中，應(yīng)先明確在環(huán)境中布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，基于此提出設(shè)計(jì)血垂直線的方式，科學(xué)規(guī)劃對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)位置。為了使獲取的樣本信息具備一定價(jià)值，在采集數(shù)據(jù)過程中應(yīng)全面的考慮水環(huán)境中相關(guān)生物與生態(tài)鏈中的所屬生物的位置及環(huán)境水域的特征[2]。綜合上述分析，在進(jìn)行斷面采樣過程中，應(yīng)從下述幾個(gè)方面考慮：①將進(jìn)水口或出水口的中心點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)至少布設(shè)2~5個(gè)斷面；②定位污染物匯入口，在距離匯入口下流約100.0m的位置處，設(shè)置3~5個(gè)斷面；③在湖泊等無顯著水流功能的區(qū)域內(nèi)，布設(shè)5個(gè)或5個(gè)以上的斷面，斷面的面積與寬度應(yīng)根據(jù)水域規(guī)模進(jìn)行確定。在完成相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面的設(shè)計(jì)與規(guī)劃后，應(yīng)同步考慮到水域的寬度、水流流速、水流被污染的情況等方面，綜合上述分析，對(duì)垂直線的布設(shè)可按照下述表1中內(nèi)容實(shí)施。綜合表1中提出的內(nèi)容，完成對(duì)水環(huán)境斷面的布設(shè)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的水樣進(jìn)行隨機(jī)采集處理。將收集的水資源樣本使用黑色不透光瓶體收納，此行為U型可有效避免樣本在光照下發(fā)生反應(yīng)，減少對(duì)樣本監(jiān)測(cè)結(jié)果造成的影響。

1.2水環(huán)境監(jiān)測(cè)水樣處理

對(duì)水環(huán)境中水體樣本采集完成后，需要對(duì)水體樣本進(jìn)行處理，減小其他外界條件對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)精度的影響。根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，此次選取碳酸鹽、高錳酸鉀、一氧化氫鈉以及乙醇等試劑作為水環(huán)境水體樣本處理試劑，其處理過程如下：首先利用電子天平稱取50mL水體樣本放入容量為100mL的燒杯中，然后稱取0.5g碳酸鹽放入容器，利用玻璃棒超一個(gè)方向攪拌，直到碳酸鹽與水體樣本充分融合。碳酸鹽加入的目的是將水體樣本酸堿值調(diào)節(jié)到3.5，更好地析出水體樣本中多余的雜質(zhì)。然后利用過濾網(wǎng)膜對(duì)水體樣本進(jìn)行過程，將水體樣本中多余雜質(zhì)剔除掉。在燒杯中依次加入高錳酸鉀、一氧化氫鈉和乙醇試劑，其中高錳酸鉀加入量為0.5g，一氧化氫鈉和乙醇試劑加入量分別為0.75mL和0.25mL，利用高錳酸鉀、一氧化氫鈉和乙醇對(duì)水體樣本活化處理，令水體樣本中化學(xué)物質(zhì)特性更加明顯，方便后續(xù)三維熒光技術(shù)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量分析。

1.3基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境質(zhì)量分析

水體樣本經(jīng)過處理后，采用三維熒光技術(shù)對(duì)水體樣本進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，此次采用日立公司全新一代G-500三維熒光光譜儀作為測(cè)量?jī)x器[3]。首先需要對(duì)三維熒光光譜儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體設(shè)定如表2所示。按照表2對(duì)三維熒光光譜儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后為了保證熒光光譜特性的可比性，設(shè)定完參數(shù)后對(duì)利用超純水對(duì)三維熒光光譜進(jìn)行空白扣除，以消除一級(jí)瑞利散射。最后利用三維熒光光譜儀測(cè)定水體樣本的光譜指數(shù)，光譜指數(shù)范圍在0~1之間，熒光光譜指數(shù)越接近1則表示水環(huán)境水質(zhì)指數(shù)越低，則水環(huán)境質(zhì)量越差；反之如果熒光光譜指數(shù)越接近0，則表示水環(huán)境水質(zhì)指數(shù)越高，則水環(huán)境質(zhì)量越好。根據(jù)熒光光譜儀測(cè)定的結(jié)果確定水環(huán)境水質(zhì)等級(jí)，具體如表3所示。按照表3確定水環(huán)境質(zhì)量等級(jí)，得到水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量等級(jí)確定水環(huán)境治理和保護(hù)策略，以此完成基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2實(shí)驗(yàn)論證分析

本實(shí)驗(yàn)以某流域水環(huán)境作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該水域面積為34626.54m2，水域長(zhǎng)度為6894.47m，水域?qū)挾葹?.48m，該水域由五個(gè)河流組成，其中包括一個(gè)大型河流和四個(gè)中小型河流，水域流經(jīng)區(qū)域建有多個(gè)化工工廠，實(shí)驗(yàn)利用此次設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法對(duì)該水域水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)根據(jù)該水域水環(huán)境地質(zhì)特征，設(shè)置了100個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、75個(gè)采樣斷面和55條采樣垂線，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各采取3個(gè)水體樣本，實(shí)驗(yàn)共采集到300個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本。實(shí)驗(yàn)中按照表1對(duì)三維熒光質(zhì)譜儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并測(cè)量得到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熒光光譜指數(shù)以及水環(huán)境質(zhì)量等級(jí)，從100個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果中隨機(jī)抽取6份水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將該6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)指數(shù)與實(shí)際值比較，利用JKI軟件計(jì)算出兩個(gè)監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)誤差，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)兩種水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表4觀察可以得到以下結(jié)論：基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法平均誤差值為0.014，小于最大監(jiān)測(cè)誤差限值。最高監(jiān)測(cè)誤差僅為0.024，而最小監(jiān)測(cè)誤差為0.002，接近于0；而傳統(tǒng)方法平均監(jiān)測(cè)誤差值為0.481，不僅高于此次設(shè)計(jì)方法，而且還高于最大監(jiān)測(cè)誤差限值，因此實(shí)驗(yàn)證明了基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法具有較高的監(jiān)測(cè)精度，在監(jiān)測(cè)誤差方面由于傳統(tǒng)方法，具有較高的可靠性和實(shí)用性，更適用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以為水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

3結(jié)語

本文對(duì)基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究，極大地提高了水環(huán)境監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)效率，論證了三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的可行性和實(shí)用性。此次研究對(duì)提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)水平和豐富水環(huán)境監(jiān)測(cè)理論具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有助于水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水環(huán)境保護(hù)工作的開展。此次研究雖然取得了比較理想的研究成果，但還存在一些不足之處，在今后的研究中還需要解決水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測(cè)儀器校準(zhǔn)方面的問題。

參考文獻(xiàn)

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作者：艾志敏 單位：云南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心