[实用新型]一种基于LED光源的双荧光信号与浊度水质监测探头

说明书

本实用新型公开了一种基于LED光源的双荧光信号与浊度水质监测探头，属于在线水质监测技术领域。它包括外壳、内部支座、光学部件和电子电路系统，外壳内设有内部支座、光学部件和电子电路系统，所述光学部件提供光源及将荧光或荧光与散射光信号转换成电信号，所述的电子电路系统对电信号进行处理后输出。本实用新型的探头通过深紫外LED同时激发、探测蛋白类荧光和腐殖质类荧光并计算两种信号之间比值来反映水体中溶解性有机物的组成种类与浓度变化，还可通过蓝光LED的散射光来反映水体浊度，辅助判断水体污染情况。

技术领域

本实用新型涉及到环保领域的在线水质监测技术，具体涉及一种基于LED光源的荧光法探测溶解性有机物并辅以散射光探测浊度的水质监测探头。

背景技术

自然水体中所存在的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)，主要包括大分子蛋白类、中等分子量的腐殖酸、富里酸以及其他小分子物质。在饮用水处理过程中，DOM可在氯化消毒工艺中生成具有致癌作用的消毒副产物；在末端管网中，DOM可为管道中微生物的生长提供碳源，形成生物膜；在自然水体环境中，DOM是化学需氧量指标(ChemicalOxygen Demand,COD)的主要贡献者，并影响其他污染物的迁移转化。

分析检测DOM浓度水平的方法主要包括化学法和光谱法。其中化学法主要包括化学需氧量测试和总有机碳测试，而光谱法主要包括紫外-可见吸光度法和荧光光谱法。化学法虽然在国家或行业标准中广泛采用，但其在线监测设备结构复杂，体积较大，价格高昂，测试周期长，需要化学试剂，存在二次化学污染，运维与废液处理费用高昂；而光谱法具有快速灵敏和无需化学试剂等优点。紫外吸光度法主要探测水中含有苯环等芳香性结构及其衍生物，水中的大分子蛋白类、腐殖酸、富里酸以及一些含有苯环的小分子化合物均可被紫外吸光度法所探测；溶解性有机物的荧光主要包括蛋白类荧光、腐殖质类荧光和叶绿素等色素类荧光。蛋白类荧光的发射波长范围为310-370nm；腐殖质类荧光的发射波长范围为400-500nm；蓝藻死亡所释放的胞内物质包含蛋白类荧光、腐殖质类荧光和叶绿素荧光，叶绿素荧光的峰值波长为685nm左右。蛋白类荧光信号主要是探测水中含有苯酚或苯胺类结构的物质，包括大分子蛋白类、腐殖质、富里酸、色氨酸、酪氨酸以及一些含有苯酚或苯胺结构的小分子化合物；腐殖质类荧光主要探测水中的腐殖酸、富里酸以及萘酚、萘胺、奎宁、蝶呤等含有多环芳香性结构的物质。在一定程度上，紫外吸光度UV254、蛋白类荧光和腐殖质类荧光，可以反映水中溶解性有机物种类及其浓度水平。随着近年来智慧水务的快速发展，水环境监测行业迫切需求体积小、成本低和易维护等水质传感器或监测设备，以实现广泛地布设监测点。在此背景下，光谱法在线监测DOM浓度水平逐渐得到水质行业认可，并在一系列“河长制”水质监测项目中广泛运用。

目前，商业化应用的反映DOM浓度水平的光谱法设备主要是基于紫外吸光度法或紫外-可见吸收光谱法。例如，采用低压汞灯作为光源，通过测试254nm波长下的紫外吸光度(UV254)作为化学需氧量的替代性指标；采用脉冲氙灯光源，通过测试200-750nm波段的紫外-可见吸收光度，实现对硝酸盐浓度、DOM浓度和浊度等指标的分析检测。然而，这些基于低压汞灯或脉冲氙灯光源的光谱法水质监测设备或探头，仍存在体积较大，功耗较高的问题。