论文部分内容阅读
饮用水安全问题关系国计民生。近年来各类水质有机物污染事件时有发生,导致居民的正常用水安全受到较大影响,及时有效地对水中的有机污染物进行检出和预警具有重要的现实意义。三维荧光光谱法因其具有灵敏度高、选择性高、快速实时的特点,适用于对部分具有荧光反应有机物质的快速定性定量检测。本文结合国家自然科学基金课题,开展了基于三维荧光光谱的饮用水有机物定性判别技术研究,对其中的若干关键技术难题,包括仪器及外界随机噪声干扰、水质背景波动、低浓度样本检出困难等问题开展了重点研究,实现将有机物污染样本与正常饮用水样本进行有效区分,验证了三维荧光光谱对有机污染物的定性判别能力。论文的主要工作和创新点如下:(1)研究了用于饮用水有机物定性判别的三维荧光光谱预处理及特征提取方法。首先利用溶剂空白扣除法和插值法去除三维荧光光谱的拉曼和瑞利散射;为了减小仪器及外界干扰引起的随机噪声对饮用水有机污染物检测方法的影响,将Savitzky-Golay多项式拟合平滑方法应用于三维荧光光谱的平滑;利用交替三线性分解方法(ATLD)对正常饮用水样本三维荧光光谱进行数学分离来实现特征提取,结合阈值法实现了对待测样本的定性判别。(2)研究了水质背景波动影响下的饮用水有机物三维荧光定性判别方法。分析了水质背景波动的原因以及水质波动影响下的饮用水三维荧光光谱的特性。以与正常饮用水特征荧光峰重叠的有机物为对象,提出了基于偏最小二乘回归(PLSR)和阈值法的水质定性判别方法,基于偏最小二乘回归构建光谱峰值预测模型,结合阈值法进行有机物的定性判别。通过实验证明了该方法的可行性,但该方法在低浓度样本检测方面具有一定的局限性。(3)研究了基于饮用水有机物先验知识的三维荧光定性判别方法。针对低浓度样本检出困难的问题,提出了结合交替残差三线性化(ART)特征提取和分类器的定性判别方法。实验结果表明,通过提取污染物三维荧光光谱特征作为污染物先验知识结合分类器模型的方法能够有效地降低模型的检出下限,更好地实现低浓度污染物样本的检测。本文围绕饮用水有机污染物三维荧光光谱定性分析过程中的若干关键问题开展研究,克服了随机噪声和背景波动的影响,结合先验知识提高了污染物的检出下限,实现了对饮用水有机污染物的有效定性判别,为基于三维荧光光谱的饮用水安全监测和预警系统的开发提供了技术支持。