三維熒光技術(shù)水環(huán)境監(jiān)測方法探討

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【摘要】由于傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測方法在實際應(yīng)用中監(jiān)測結(jié)果誤差較大，為此提出基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測方法研究。首先通過設(shè)置采樣斷面采集到水環(huán)境樣本，然后對水環(huán)境監(jiān)測樣本進(jìn)行處理，最后應(yīng)用三維熒光技術(shù)對處理后的樣本進(jìn)行質(zhì)量分析，以此完成基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測。經(jīng)實驗證明，基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測方法監(jiān)測誤差低于傳統(tǒng)方法。

【關(guān)鍵詞】三維熒光技術(shù)；水環(huán)境監(jiān)測；監(jiān)測誤差；采樣斷面

引言

水環(huán)境監(jiān)測是按照水資源生態(tài)環(huán)境規(guī)律對水質(zhì)進(jìn)行定期或者實時監(jiān)測，其主要目的是了解目前水環(huán)境的質(zhì)量狀況，是否含有有毒有害物質(zhì)，為水環(huán)境治理和水環(huán)境保護(hù)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)。三維熒光技術(shù)是以熒光光譜法為理論依據(jù)的一種測量方法，國外學(xué)者對三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行了探究性研究，研究表示三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中具有選擇性較好、靈敏度高、精度高等優(yōu)點[1]。但是三維熒光技術(shù)在國內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測方面還沒有得到廣泛應(yīng)用，此次結(jié)合國內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測需求，引入三維熒光技術(shù)，設(shè)計一套新的水環(huán)境監(jiān)測方法，為水環(huán)境監(jiān)測提供理論依據(jù)。

1水環(huán)境監(jiān)測方法設(shè)計

1.1水環(huán)境監(jiān)測水樣采集

為了滿足對水環(huán)境的監(jiān)測需求，本章采用獲取樣本數(shù)據(jù)的方式，對監(jiān)測的水環(huán)境樣本進(jìn)行采集處理。在此過程中，應(yīng)先明確在環(huán)境中布設(shè)監(jiān)測點的位置，基于此提出設(shè)計血垂直線的方式，科學(xué)規(guī)劃對水環(huán)境的監(jiān)測位置。為了使獲取的樣本信息具備一定價值，在采集數(shù)據(jù)過程中應(yīng)全面的考慮水環(huán)境中相關(guān)生物與生態(tài)鏈中的所屬生物的位置及環(huán)境水域的特征[2]。綜合上述分析，在進(jìn)行斷面采樣過程中，應(yīng)從下述幾個方面考慮：①將進(jìn)水口或出水口的中心點作為監(jiān)測點，每個監(jiān)測點至少布設(shè)2~5個斷面；②定位污染物匯入口，在距離匯入口下流約100.0m的位置處，設(shè)置3~5個斷面；③在湖泊等無顯著水流功能的區(qū)域內(nèi)，布設(shè)5個或5個以上的斷面，斷面的面積與寬度應(yīng)根據(jù)水域規(guī)模進(jìn)行確定。在完成相關(guān)監(jiān)測點斷面的設(shè)計與規(guī)劃后，應(yīng)同步考慮到水域的寬度、水流流速、水流被污染的情況等方面，綜合上述分析，對垂直線的布設(shè)可按照下述表1中內(nèi)容實施。綜合表1中提出的內(nèi)容，完成對水環(huán)境斷面的布設(shè)，在此基礎(chǔ)上，對每個規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的水樣進(jìn)行隨機采集處理。將收集的水資源樣本使用黑色不透光瓶體收納，此行為U型可有效避免樣本在光照下發(fā)生反應(yīng)，減少對樣本監(jiān)測結(jié)果造成的影響。

1.2水環(huán)境監(jiān)測水樣處理

對水環(huán)境中水體樣本采集完成后，需要對水體樣本進(jìn)行處理，減小其他外界條件對水環(huán)境監(jiān)測精度的影響。根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測需求，此次選取碳酸鹽、高錳酸鉀、一氧化氫鈉以及乙醇等試劑作為水環(huán)境水體樣本處理試劑，其處理過程如下：首先利用電子天平稱取50mL水體樣本放入容量為100mL的燒杯中，然后稱取0.5g碳酸鹽放入容器，利用玻璃棒超一個方向攪拌，直到碳酸鹽與水體樣本充分融合。碳酸鹽加入的目的是將水體樣本酸堿值調(diào)節(jié)到3.5，更好地析出水體樣本中多余的雜質(zhì)。然后利用過濾網(wǎng)膜對水體樣本進(jìn)行過程，將水體樣本中多余雜質(zhì)剔除掉。在燒杯中依次加入高錳酸鉀、一氧化氫鈉和乙醇試劑，其中高錳酸鉀加入量為0.5g，一氧化氫鈉和乙醇試劑加入量分別為0.75mL和0.25mL，利用高錳酸鉀、一氧化氫鈉和乙醇對水體樣本活化處理，令水體樣本中化學(xué)物質(zhì)特性更加明顯，方便后續(xù)三維熒光技術(shù)對水環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量分析。

1.3基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境質(zhì)量分析

水體樣本經(jīng)過處理后，采用三維熒光技術(shù)對水體樣本進(jìn)行檢測，根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測需求，此次采用日立公司全新一代G-500三維熒光光譜儀作為測量儀器[3]。首先需要對三維熒光光譜儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體設(shè)定如表2所示。按照表2對三維熒光光譜儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后為了保證熒光光譜特性的可比性，設(shè)定完參數(shù)后對利用超純水對三維熒光光譜進(jìn)行空白扣除，以消除一級瑞利散射。最后利用三維熒光光譜儀測定水體樣本的光譜指數(shù)，光譜指數(shù)范圍在0~1之間，熒光光譜指數(shù)越接近1則表示水環(huán)境水質(zhì)指數(shù)越低，則水環(huán)境質(zhì)量越差；反之如果熒光光譜指數(shù)越接近0，則表示水環(huán)境水質(zhì)指數(shù)越高，則水環(huán)境質(zhì)量越好。根據(jù)熒光光譜儀測定的結(jié)果確定水環(huán)境水質(zhì)等級，具體如表3所示。按照表3確定水環(huán)境質(zhì)量等級，得到水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量等級確定水環(huán)境治理和保護(hù)策略，以此完成基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測。

2實驗論證分析

本實驗以某流域水環(huán)境作為實驗對象，該水域面積為34626.54m2，水域長度為6894.47m，水域?qū)挾葹?.48m，該水域由五個河流組成，其中包括一個大型河流和四個中小型河流，水域流經(jīng)區(qū)域建有多個化工工廠，實驗利用此次設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法對該水域水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。實驗根據(jù)該水域水環(huán)境地質(zhì)特征，設(shè)置了100個監(jiān)測點、75個采樣斷面和55條采樣垂線，每個監(jiān)測點各采取3個水體樣本，實驗共采集到300個實驗樣本。實驗中按照表1對三維熒光質(zhì)譜儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并測量得到各個監(jiān)測點的熒光光譜指數(shù)以及水環(huán)境質(zhì)量等級，從100個監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果中隨機抽取6份水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，將該6個監(jiān)測點水質(zhì)指數(shù)與實際值比較，利用JKI軟件計算出兩個監(jiān)測方法的監(jiān)測誤差，將其作為實驗結(jié)果，對兩種水環(huán)境監(jiān)測方法進(jìn)行對比分析，實驗結(jié)果如表4所示。從表4觀察可以得到以下結(jié)論：基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測方法平均誤差值為0.014，小于最大監(jiān)測誤差限值。最高監(jiān)測誤差僅為0.024，而最小監(jiān)測誤差為0.002，接近于0；而傳統(tǒng)方法平均監(jiān)測誤差值為0.481，不僅高于此次設(shè)計方法，而且還高于最大監(jiān)測誤差限值，因此實驗證明了基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測方法具有較高的監(jiān)測精度，在監(jiān)測誤差方面由于傳統(tǒng)方法，具有較高的可靠性和實用性，更適用于水環(huán)境監(jiān)測，可以為水環(huán)境監(jiān)測提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

3結(jié)語

本文對基于三維熒光技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測方法進(jìn)行了研究，極大地提高了水環(huán)境監(jiān)測精度和監(jiān)測效率，論證了三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的可行性和實用性。此次研究對提高水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水平和豐富水環(huán)境監(jiān)測理論具有重要的現(xiàn)實意義，有助于水環(huán)境監(jiān)測和水環(huán)境保護(hù)工作的開展。此次研究雖然取得了比較理想的研究成果，但還存在一些不足之處，在今后的研究中還需要解決水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測儀器校準(zhǔn)方面的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]范功端，林輝，羅靜，等.ClO2預(yù)氧化高藻水過程中DOM三維熒光特征變化分析[J].光譜學(xué)與光譜分析，2019，39（6）：1792-1797.

[2]左安飛，馮宗友，姚洋.試論水質(zhì)自動監(jiān)測參數(shù)的相關(guān)性分析及在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（15）：139，141.

[3]孫小琳，孔范龍，李悅，等.膠州灣濱海濕地枯落物分解對土壤活性有機碳含量及其三維熒光特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2019，30（2）：563-572.

作者：艾志敏 單位：云南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心