【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水下環境參數監測，具體涉及一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法及系統。
技術介紹
1、近年來,作為光譜分析的水質檢測技術之一的紫外-可見光譜法,相比于化學法,它具有諸多優點。例如,無需添加消解劑,沒有二次污染,周期短,操作、維護方便,成本低,可以實現在線、原位測量。以往的紫外-可見光譜法檢測水質主要采用單波長法或雙波長法。但當水樣組分較復雜時，由于不同組分對不同波長的選擇性吸收，單波長或雙波長建模不能達到理想效果。
2、濁度、化學需氧量、硝酸鹽是監測海水水質的三個重要指標。化學需氧量越高，表明水體中還原性物質（如有機物）含量越高，而還原性物質可降低水體中溶解氧的含量，導致水生生物缺氧以至死亡，水質腐敗變臭。硝酸鹽質量濃度的增加會對水生態系統產生嚴重的影響，導致水體富營養化、有毒藻華和缺氧。
3、濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的譜線存在嚴重的重疊干擾現象,這對利用紫外-可見光譜測定參數濃度造成了困難。
技術實現思路
1、本專利技術克服了現有技術的不足，提供一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法及系統，用于檢測水樣中濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的濃度，避免多參數譜線存在嚴重的重疊干擾現象問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，包括以下步驟：
3、s1、獲取水樣光譜數據，將光譜數據轉換為吸光度；
4、s2、計算濁度、化學需氧量以及硝酸
5、s3、根據影響因子，將光譜范圍劃分為三個特征光譜段，分別對應濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮；
6、s4、建立多參數檢測模型，預測濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的濃度。
7、進一步地，步驟s1包括：
8、s11、利用紫外-可見光譜儀掃描水樣，獲得水樣在190nm-720nm波長范圍內的吸光度數據。
9、s12、利用比爾-朗伯定律將光譜數據轉換為吸光度，用公式：。其中，為吸光度；為出射光強度；為入射光強度；為透射比，是出射光強度與入射光強度的比值。
10、進一步地，步驟s2包括：
11、s21、計算濁度的影響因子，用公式：，其中，為濁度對混合溶液光譜的影響因子；為混合溶液光譜；為含等濃度化學需氧量和硝酸鹽氮且不含濁度的混合物質光譜。
12、s22、計算化學需氧量的影響因子，用公式：，其中為化學需氧量對混合溶液光譜的影響因子；為混合溶液光譜；為含等濃度濁度和硝酸鹽氮且不含化學需氧量的混合物質光譜。
13、s23、計算硝酸鹽氮的影響因子，用公式：，其中為硝酸鹽氮對混合溶液光譜的影響因子；為混合溶液光譜，為含等濃度濁度和化學需氧量且不含硝酸鹽氮的混合物質光譜。
14、進一步地，步驟s3包括：
15、s31、分析影響因子的變化趨勢；
16、s32、劃分特征光譜段，將310～720nm作為濁度的特征光譜段，將250～310nm作為化學需氧量的特征光譜段，將190～250nm作為硝酸鹽氮的特征光譜段。
17、進一步地，步驟s4包括：根據濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的特征光譜，利用偏最小二乘pls法建立多參數檢測模型。
18、進一步地，在利用偏最小二乘pls法解析硝酸鹽氮時，對硝酸鹽氮的特征光譜進行處理，處理方法為融合一階導數光譜。
19、進一步地，在利用偏最小二乘pls法解析濁度時，參考250～400nm波段水樣的吸光度；
20、在利用偏最小二乘pls法解析化學需氧量時，參考220～275nm波段水樣的吸光度；
21、在利用偏最小二乘pls法解析硝酸鹽氮時，參考195～230nm波段水樣的吸光度。
22、優選地，融合一階導數光譜的方法為直接融合，將一階導數光譜數據添加到原始光譜數據中。
23、本專利技術還提供一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測系統，用于實現上述檢測方法，包括以下模塊：
24、數據采集與預處理模塊，用于掃描水樣，獲取光譜數據，并將光譜數據轉化為吸光度數據；
25、影響因子計算模塊，用于計算濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮對混合溶液光譜的影響因子；
26、特征光譜段識別模塊，用于分析影響因子的變化趨勢，劃分特征光譜段；
27、多參數檢測模型模塊，用于利用濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的特征光譜，以及已知濃度的標準溶液，訓練模型進行預測；
28、硝酸鹽氮處理模塊，用于對硝酸鹽氮的特征光譜進行處理，將硝酸鹽氮的特征光譜與其一階導數光譜融合。
29、本專利技術解決了
技術介紹
中存在的缺陷，本專利技術具備以下有益效果：
30、（1）本專利技術提出了一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，能夠高效、便捷地同時檢測濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮三參數，并顯著提高檢測精度。該方法操作簡便、成本低廉，為水質監測和水環境保護提供了更有效的技術手段。
31、（2）本專利技術提出的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，通過計算每個組分對混合水樣光譜的影響，將光譜范圍劃分為多個特征光譜段，分別對應濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮，能夠同時檢測多個參數。傳統的化學分析法需要單獨檢測濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮，操作復雜，而本專利技術無需單獨進行檢測，簡化了操作步驟，提高檢測效率，能夠有效地降低檢測成本。
32、（3）本專利技術提出的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，在解析硝酸鹽氮時通過融合一階導數光譜，有效地增強光譜信號的細節，突出光譜的斜率變化。傳統的單波長法或雙波長法在水樣組分較復雜時，容易受到復雜背景干擾，而通過融合一階導數光譜，能夠提高硝酸鹽氮信號的清晰度，使得其特征吸收峰在復雜背景中更加突出，有效地降低背景干擾，提高檢測精度和檢測結果可靠性，為水質安全評估提供更加準確的數據支持。
33、（4）本專利技術通過分段解析光譜，將光譜范圍劃分為多個特征光譜段，分別對應濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮，實現了多參數的同時檢測。同時，在解析硝酸鹽氮時，融合一階導數光譜，有效增強了光譜信號的細節，減少背景干擾，顯著提升了光譜信號較弱的硝酸鹽氮的檢測精度，為水質監測和水環境保護提供了更有效的技術手段，在實際應用中具有顯著的優勢。
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1.一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟S1包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟S2包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟S3包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟S4包括：根據濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的特征光譜，利用偏最小二乘PLS法建立多參數檢測模型。
6.根據權利要求5所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，在利用偏最小二乘PLS法解析硝酸鹽氮時，對硝酸鹽氮的特征光譜進行處理，處理方法為融合一階導數光譜。
7.根據權利要求5所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，
8.根據權利要求5所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參
9.一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測系統，用于實現權利要求1至8中任一項所述的檢測方法，其特征在于，包括以下模塊：
...【技術特征摘要】
1.一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟s1包括：
3.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟s2包括：
4.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟s3包括：
5.根據權利要求1所述的一種基于紫外-可見光段光譜法的水質多參數檢測方法，其特征在于，步驟s4包括：根據濁度、化學需氧量和硝酸鹽氮的特征光譜，利用偏最小二乘pls法建立多參數檢測模...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李培良，陳姿霖，郭卜瑜，賀雙顏，顧艷鎮，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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