痕量銨氮的可見(jiàn)光區(qū)在線(xiàn)熒光檢測(cè)器的研制.pdf

1、環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)是現(xiàn)場(chǎng)、在線(xiàn)獲取數(shù)據(jù)，銨氮是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的必測(cè)水質(zhì)指標(biāo)之一，研制銨氮的在線(xiàn)熒光檢測(cè)器可為水質(zhì)的自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐。本論文基于銨氮的4,5-二甲氧基鄰苯二甲醛熒光分析法原理，設(shè)計(jì)并制作了一臺(tái)可與流動(dòng)注射分析儀聯(lián)用的痕量銨氮的可見(jiàn)光區(qū)在線(xiàn)熒光檢測(cè)器。
　　檢測(cè)器的硬件部分包括光電傳感器模塊、信號(hào)處理模塊、等精度測(cè)頻模塊、USB-串口轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。光電傳感器模塊由嵌在模塊盒中的2個(gè)中心波長(zhǎng)為390~400

2、 nm的激發(fā)光源、3塊凸透鏡、窄帶濾光片和硅光電二極管等器件組成，其中的模塊盒根據(jù)各器件的布局自行設(shè)計(jì)、3D打印加工制作；該模塊的功能是激發(fā)光源激發(fā)流通池中的待測(cè)溶液發(fā)出熒光信號(hào)，并將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電流信號(hào)輸至信號(hào)處理模塊。信號(hào)處理模塊包括將弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為較大電壓信號(hào)的放大電路、濾除干擾信號(hào)的濾波電路、將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)的壓頻轉(zhuǎn)換電路、將模擬電路與數(shù)字電路隔開(kāi)的光耦隔離電路；該模塊將輸入的弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，并輸出至等精

3、度測(cè)頻模塊。等精度測(cè)頻模塊以 STM32為微控制器，被燒入下位機(jī)程序后，可對(duì)輸入的頻率信號(hào)進(jìn)行等精度測(cè)量。USB-串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的串口通信。電源模塊為上述各模塊提供電能。以上的信號(hào)處理模塊、等精度測(cè)頻模塊、USB-串口轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊集成制作于一塊 PCB主板上，主板和光電傳感器模塊置于機(jī)箱中組裝成一臺(tái)完整的痕量銨氮的可見(jiàn)光區(qū)在線(xiàn)熒光檢測(cè)器樣機(jī)。
　　檢測(cè)器的軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件。下位機(jī)軟件程序基于STM

4、icroelectronics公司提供的固件庫(kù)編寫(xiě)，通過(guò)USB-串口轉(zhuǎn)換模塊的一鍵下載功能燒入STM32，可實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)頻、數(shù)據(jù)的誤差處理、將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)等功能。上位機(jī)軟件程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境為MFC，搭建友好直觀易操作的人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、調(diào)零、實(shí)時(shí)顯示和繪圖、計(jì)算峰值和儲(chǔ)存等功能。
　　檢測(cè)器樣機(jī)的基線(xiàn)穩(wěn)定性和對(duì)恒定信號(hào)響應(yīng)穩(wěn)定性的測(cè)試結(jié)果表明，無(wú)論是基線(xiàn)還是對(duì)恒定信號(hào)的測(cè)量信號(hào)，儀器開(kāi)機(jī)后7分鐘左右信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定，可持續(xù)穩(wěn)

5、定290分鐘，說(shuō)明檢測(cè)器可持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約5小時(shí)，滿(mǎn)足在線(xiàn)檢測(cè)要求。為了考察檢測(cè)器的測(cè)量準(zhǔn)確性，分別采用本檢測(cè)器與 RF-5301PC型熒光檢測(cè)儀對(duì)0~12?mol/L范圍內(nèi)8個(gè)銨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了離線(xiàn)測(cè)量，兩者的測(cè)定信號(hào)顯著相關(guān)（R2=0.9986，n=8），說(shuō)明本檢測(cè)器用于銨氮樣品溶液的測(cè)量是可行的。此外，根據(jù)純水測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差和檢測(cè)器工作曲線(xiàn)的斜率，計(jì)算出檢測(cè)器的檢測(cè)限為0.07?mol/L，檢測(cè)限低至痕量級(jí)，符合設(shè)

6、計(jì)需求。同時(shí)，本檢測(cè)器與流動(dòng)注射分析儀聯(lián)用，對(duì)0~32?mol/L范圍內(nèi)的5個(gè)銨氮溶液進(jìn)行了在線(xiàn)檢測(cè)，上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)完整地記錄了檢測(cè)器的輸出信號(hào)曲線(xiàn)，曲線(xiàn)峰高值與銨氮濃度顯著相關(guān)（R2=0.9985，n=5），說(shuō)明本檢測(cè)器可成功應(yīng)用于銨氮樣品溶液的在線(xiàn)檢測(cè)。分別采用本檢測(cè)器和RF-5301PC型熒光檢測(cè)儀測(cè)量了9個(gè)花江水樣（采集于2015年4月1日）的銨氮濃度，本檢測(cè)器測(cè)得水樣的濃度為0.28~1.40?mol/L，RF-5301PC型