[发明专利]一种基于电子鼻技术对河道水质参数快速监测的方法

说明书

本发明公开了一种基于电子鼻技术对河道水质参数快速监测的方法，具体为：将采集的河道水样品放于密封容器中，静置一段时间，使密封容器中的顶空气体饱和；电子鼻对顶空气体进行监测，从电子鼻信号中提取特征数据作为河道水的指纹信息；对河道水进行pH、COD、总磷以及总氮理化参数进行检测；采用支持偏最小二乘法建立基于电子鼻技术的河道水指纹信息与其理化参数之间的回归模型。本发明方法只需利用电子鼻技术和偏最小二乘法就对河道水质参数的快速检测，无需复杂的河道水前期预处理，分析结构客观可靠，操作简单，成本低廉，具有较高的推广及应用价值。

技术领域

本发明属于环境领域，涉及一种基于电子鼻技术对河道水质参数快速监测的方法。

背景技术

近几年来，城市河道水污染问题日益严重。河道的治理需要提前了解并掌握河道水质情况。目前，河道水质参数主要通过专业人员的现场采样，并带回实验室，通过化学计量法、仪器分析等检测方法，分析得到。这些方法存在检测周期长，费用昂贵，对检测环境和实验人员的素质要求高等问题。

电子鼻是由传感系统和模式识别系统相结合的具有快速检测多种气体分子的一种智能装置，具有高灵敏度、可靠性、对样品进行量化分析等特点。目前，对监测领域的高自动化要求越来越急迫，电子鼻作为一种自动在线检测工具，在环境检测领域具有广大的应用潜力。利用电子鼻技术对河道水质参数经常快速监测的相关研究尚未报道。本发明目的在于快速监测河道水质参数的变化，同时填补国内外关于电子鼻技术在水环境监测领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电子鼻技术对河道水质参数快速监测的方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将河道水进行现场取样；将10ml河道水放于具有两个小孔不小于500ml的密封容器中，在15～20℃下密封静置5～15min，使得密封容器中的顶空气体达到动态饱和。

密封容器上两个小孔的孔径为0.1～3mm，两孔间隔为3～5cm；

步骤(2)、基于电子鼻技术的河道水监测：

将电子鼻的前置进样针插入到放有河道水的密封容器中的其中一个小孔，另一个小孔用于保证稳定气流；以50～100ml/min的流速将密闭容器中的顶空气体吸入到电子鼻内部10～20cm³的传感器气室内，在60～80s的时间内进行电子鼻传感器与顶空气体反应并产生信号，并采集信号；电子鼻的后置进样针以100～200ml/min的流速抽取外部空气对传感器气室以及传感器表面进行清洗10min；所述信号是传感器接触河道水顶空气体的电导率G与传感器在经过外部空气时的电导率G0的比值，即G/G0。

步骤(3)、河道水水质参数检测，其中水质参数包括pH、COD、总磷以及总氮理化参数：

所述pH采用pH计进行直接测定；

所述COD采用重铬酸盐法进行测定；

所述总磷采用碱性过硫酸钾消化-紫外分光光度法进行测定；

所述总氮采用钼酸铵分光光度法进行测定；

所有理化指标检测与步骤(2)电子鼻检测需在同一天完成。

步骤(4)、将步骤(2)中电子鼻传感器稳定的信号作为X矩阵，将步骤(3)中的水质参数的值作为Y矩阵；随机选取80％的样品作为训练样品，20％的样品作为测试样本，从而建立偏最小二乘法模型；通过偏最小二乘法建立河道水的指纹信息与其水质参数的定量预测模型。

步骤(5)、将随机选取河道水样品通过步骤(1)-(2)得到其电子鼻的指纹信息，再将传感器信号输入步骤(4)训练好的偏最小二乘法模型中，分析得到河道水pH、COD、总磷以及总氮的参数值，从而达到仅利用电子鼻技术就能有效快速检测河道水的水体参数的目的。