基于荧光发射光谱的水质化学需氧量的检测

摘要

cqvip:采用光谱技术检测水质参数是当前的一个研究热点,提出了一种基于荧光发射光谱的水质化学需氧量(COD)的检测方法。实验样本分为两组,第一组为20份COD标准溶液,第二组为63份实际水样。实验样本的化学需氧量检测采用快速消解分光光度法,利用三维荧光分光光度计采集水样在EX=275 nm激发波长下的荧光发射光谱(荧光发射光谱范围为EM=325~450 nm),并对两类水样的荧光发射光谱数据进行了处理和建模。分别采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)对两类水样的荧光发射光谱数据进行了预测模型的建立,并对模型效果进行了对比。为验证该方法的可行性和模型的预测能力,将所建PLSR模型预测结果与标准方法的检测结果进行了对比。结果表明,对于COD标准液来说, PLSR和PCR的主成分数分别取5和8时所得的模型的交叉检验效果最优,校正模型的决定系数分别为R^2/PLS=0.999 9和R^2/PLS=0.989 7,校正模型对检验集数据的预测误差不超过10%,且PLSR所建模型优于PCR模型。对于实际水样而言, PLSR和PCR的主成分数分别为6和7时,校正模型的交叉验证效果最优。PLSR法和PCR法的校正集的交叉检验均方差RMSECVPLS和RMSECVPCR分别为0.932 2和0.976 4 mg·L^-1。对于实际水样的检验集来说, PLSR法和PCR法的预测决定系数R^2/PLS和R^2/PLS分别为0.940 2和0.919 0,说明PLSR法的预测效果更优,基于荧光发射光谱数据的PLSR模型具有较高的预测能力和较强的适应性,可以快速、准确的检测出水质COD。通过和传统检测方法的效果对比可知,该方法可用于检测有机污染物浓度较低的水体,有机物浓度较高时采用该方法时检测误差会变大。该研究为水质检测光学传感器的研发提供了一种新的设计思路。