浊度干扰下硝酸盐浓度紫外导数光谱检测方法研究

摘要：

硝酸盐是水中"三氮"(硝酸盐氮、氨氮、总氮)之一,是反映水体受污染程度的一项重要指标.传统"现场采样‐离线分析"的硝酸盐化学检测方法操作繁琐、耗时长,难以满足现代水环境实时在线检测需求.由于硝酸根在紫外区具有很强的紫外吸收特性,并且紫外吸收光谱法具有简便快速、可实现实时在线监测等特点,近年来被广泛用于硝酸盐浓度的测量.但使用紫外吸收光谱法检测水体硝酸盐含量时,容易受到水体浊度影响,造成谱线非线性抬升,导致测量误差.目前对浊度补偿算法的研究大都用于水中COD含量的检测,对硝酸盐检测中浊度干扰去除研究较少.为此提出一种基于一阶导数紫外吸收光谱的硝酸盐浓度测量方法,该方法可以减小浊度干扰,从而提高紫外光谱快速检测硝酸盐含量的准确度.通过测量福尔马肼与硝酸钠标准溶液和它们混合溶液在190～300 nm波段的紫外吸收光谱并做一阶导数光谱处理,处理后的光谱采用Savitzky‐Golay滤波进行去噪平滑处理,比较浊度与硝酸盐紫外吸收一阶导数光谱特征,分波段研究浊度对硝酸盐紫外一阶导数光谱影响,结果表明硝酸盐导数光谱在220～230 nm波段受浊度影响小;选取220～230 nm波段作为光谱分析区间,以30种不同浓度混合的福尔马肼与硝酸钠溶液作为训练样本,利用偏最小二乘算法建立硝酸盐定量分析模型,使用该建模模型预测剩下的6种不同浓度福尔马肼与硝酸钠混合溶液中硝酸盐的浓度,结果表明福尔马肼干扰下硝酸盐测量结果的预测决定系数(correlation coefficient , R2 )为0·994 3 ,预测均方根误差(root mean square error of prediction ,RM SEP)为0·346 9 mg·L －1 .为进一步验证该方法的准确性与稳定性,使用该建模模型预测高岭土与硝酸钾配制的混合水样中硝酸盐的浓度,结果表明该方法对高岭土干扰下硝酸盐测量结果的预测决定系数 r2 为0·991 5 ,预测均方根误差RMSEP为0·362 8 mg·L －1 .综上所述,提出的硝酸盐浓度紫外导数光谱检测方法,采用220～230 nm波段的紫外导数光谱数据,结合PLS建模,可以快速准确测量在浊度干扰下水体硝酸盐的浓度,为发展实际水体硝酸盐在线监测技术与设备提供方法基础.

关键词：硝酸盐、浊度、一阶导数光谱、紫外吸收光谱、偏最小二乘、校正模型

所属期刊栏目：39

分类号：O433(光学)

资助基金：国家重点研发计划项目;安徽省重点研发计划项目;安徽省科技重大专项

在线出版日期：2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：2912-2916