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原文传递一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法

专利名称：	一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法
摘要：	本发明提出了一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，包括：用紫外分光光度计或具有相应功能的光谱测量装置测量N个具有浓度梯度的标准COD溶液样品，计算N组全光谱数据在各个波长处的吸光度值；通过最小二乘法拟合计算出各波长处吸光度与COD浓度的函数关系；选取适当的n个波长，作为建模波长；分别计算在n个波长处，各波长对应的最佳测量浓度范围内吸光度与浓度的线性关系；测量计算未知浓度COD溶液在其n个波长处的吸光度；选择该COD溶液浓度对应的最优测量波长；计算出未知溶液的COD浓度值。本发明运用全光谱数据处理分析技术，可以在保证高精度的同时，显著扩大COD溶液的浓度测量范围。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海交通大学
发明人：	黄梅珍;汪晨希;李婉香;黄锦荣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910076587.7
公开号：	CN109799203A
代理机构：	上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	徐红银
分类号：	G01N21/31(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	200240 上海市闵行区东川路800号
主权项：	1.一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：包括：配置N组不同COD浓度梯度溶液作为建模样品，用紫外分光光度计或光谱测量装置测量各所述建模样品在一定光谱范围的吸光度；通过拟合方法拟合计算出所述建模样品在各个波长处吸光度与COD标准溶液浓度的函数关系；再根据各波长处的吸光度与浓度的线性度选取其中的n个波长作为建模波长，其中n>2；所述建模波长根据精度要求选取对应的线性相关系数的COD浓度范围作为可测线性浓度范围；计算所述建模波长的可测线性浓度范围的最高浓度吸光度和最低浓度吸光度，通过拟合方法拟合计算出所述建模波长在各自可测线性浓度范围内的吸光度与浓度的线性关系；进行测量未知浓度COD溶液，包括：测得所述未知浓度COD溶液的全光谱数据，根据所述建模样品中选择的n个所述建模波长，计算未知浓度COD溶液在n个波长处的吸光度；选择所述未知浓度COD溶液浓度对应的最优测量波长；通过所述建模波长处的浓度与吸光度的拟合函数关系，计算出所述未知溶液的COD浓度值。 2.根据权利要求1所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述建模波长最佳可测线性COD浓度范围，是指：所述建模波长选取线性相关系数大于0.99的COD浓度范围；将各所述建模波长按照对应的最佳可测线性COD浓度范围从小到大编号为λ1，λ2…λn，COD浓度范围从小到大依次编号为λ1，λ2，……，λn，其中要确保λ1波长处所测的最高浓度等于λ2波长处的所测的最低浓度，以此类推，使得测量范围能够遍布从小到大。 3.根据权利要求2所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述选择所述未知浓度COD溶液浓度对应的最优测量波长，包括：将所述未知浓度COD溶液的吸光度依次与所述建模样品中所述建模波长λ1，λ2，……，λn处的最高浓度吸光度依次进行比较，当所述未知浓度COD溶液的吸光度小于所述建模波长处的最高浓度吸光度时，所述建模波长为该溶液的最优测量波长。 4.根据权利要求1所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述建模波长，是指：在COD高浓度范围处，采用同等浓度梯度下吸光度变化小的波长，在COD低浓度范围处，采用同等浓度梯度下吸光度变化大的波长。 5.根据权利要求1所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：具有以下一种或多种特征： -采用紫外可见分光光度系统测量所述模板样品的吸收光谱； -采用光谱测量装置测量所述建模样品的吸光度全光谱数据，所述装置包括光源、准直系统、样品池、会聚系统和光谱仪，其中，所述光源发出光，通过所述准直系统入射所述样品池，被所述建模样品吸收后从所述样品池出射，再经过所述会聚系统后被所述光谱仪接收。 6.根据权利要求1所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述配置N组不同COD浓度梯度溶液作为建模样品，包括：配制N个具有一定COD浓度梯度的标准溶液作为建模样品，对每个所述建模样品重复测量M次，获得N组不同COD浓度的全光谱数据，每组中计算M个所述全光谱数据在各波长处的平均值，获得N组不同COD浓度的全光谱数据。 7.根据权利要求6所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：计算得到所述N组不同COD浓度所述建模样品在各个波长处的光强值为I，根据朗伯—比尔定律，计算N组不同COD浓度所述建模样品在各个波长处的吸光度值。 8.根据权利要求1-7任一项所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：按照以下步骤执行： S1、选用邻苯二甲酸氢钾配置成N组不同COD浓度梯度溶液作为建模样品，测量各所述建模样品的吸收光谱，对所述建模样品重复测量M次，获得N组不同COD浓度的全光谱数据； S2、每组中，计算M个全光谱数据在各波长处的平均值，作为该组COD浓度的光谱数据； S3、计算N组不同浓度所述建模样品在各个波长处的吸光度值； S4、根据不同浓度COD标准溶液的全波段吸光度值，通过最小二乘法拟合计算出各波长处吸光度与COD浓度的函数关系； S5、选取n个波长，作为建模波长，各所述建模波长处吸光度与COD浓度关系最佳线性段对应的COD浓度范围即为所述建模波对应的最佳可测线性COD浓度范围，将各所述建模波长按照对应的最佳可测线性COD浓度范围从小到大编号为λ1，λ2…λn；所述建模波长最佳可测线性COD浓度范围指所述建模波长选取线性相关系数大于0.99的COD浓度范围； S6、各所述建模波长对应的最佳可测线性浓度范围的阈值即为所述最佳可测线性浓度范围的最低浓度和最高浓度，计算选取的n个所述建模波长的可测浓度范围的最高浓度吸光度和最低浓度吸光度值，通过最小二乘法计算出n个所述建模波长在各自最佳可测浓度范围内的吸光度与浓度的线性关系； S7、将未知浓度COD溶液作为测试样本，测得测试样本的全光谱数据，根据所述建模样品所选择的n个所述建模波长，计算所述测试样本在n个所述建模波长处的吸光度为A1,A2，……An； S8、选择所述测试样本COD溶液浓度对应的最优测量波长，是指将所述测试样本的吸光度A1,A2，……，An依次与所述建模样品中所述建模波长λ1，λ2，……，λn处的最高浓度吸光度进行比较，当所述测试样本的吸光度Am小于所述建模波长λm波长处的最高浓度吸光度时，所述建模样品λm波长为该溶液的所述最优测量波长。 S9、根据S6中吸光度与浓度线性拟合函数，计算所述测试样本的COD浓度值。 9.根据权利要求7所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述S5中，选取n个所述建模波长，是指在等浓度梯度下吸光度变化率不同，导致各波长仅在一定浓度范围内吸光度与浓度的线性关系较好；在COD高浓度范围处，采用同等浓度梯度下吸光度变化小的波长作为所述建模波长，在COD低浓度范围处，采用同等浓度梯度下吸光度变化大的波长作为所述建模波长。 10.根据权利要求7所述的一种水体中COD浓度的宽量程高精度光谱检测方法，其特征在于：所述S8，包括：按照S5中所选取n个所述建模波长选取所述测试样本的波长，将所述测试样本的波长按照λ1至λn排列，从λ1开始，比较所述测试样本在λ1波长处的吸光度A1是否大于λ1波长处的最高浓度吸光度Ah1，若小于，则所述测试样本的COD溶液浓度范围在λ1波长所测范围内，若大于等于Ah1，则比较所述测试样本在λ2波长处的吸光度A2是否大于所述λ2波长处的最高浓度吸光度Ah2，以此类推，直到找到某一选定波长λm，所述测试样本在该波长处的吸光度Am小于所述建模波长中λm波长处的最高浓度吸光度Ahm，即λm波长为该溶液的所述最优测量波长。
所属类别：	发明专利