【摘要】：拉曼光譜作為一種近年來受到廣泛關注的光譜檢測手段,具有快速、高效、無污染、無損分析等優(yōu)點,已經(jīng)成功應用于石油化工、醫(yī)學、制藥、考古鑒定、食品安全、環(huán)境保護等領域。在水質(zhì)分析領域,已經(jīng)有了電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法、紅外光譜法、質(zhì)譜法、氣相色譜法等水質(zhì)檢測方法,紅外光譜對水的吸收強,很多信息都被水的吸收峰所湮滅,嚴重影響了測試結果,而其他幾種方法樣品處理過程繁瑣,且大部分都只能在實驗室或者專門的檢測機構才能夠?qū)崿F(xiàn)。那么,在這個對水質(zhì)要求日益趨高的年代,運用一種快速、便捷、痕量分析水質(zhì)的方法有重要意義。拉曼光譜法就具有上述優(yōu)勢。另外光譜數(shù)據(jù)的預處理和大量光譜數(shù)據(jù)的聚類分析對光譜數(shù)據(jù)的有效信息提取與大量光譜數(shù)據(jù)潛在價值的利用有很重要的意義。本文使用便攜式拉曼光譜儀檢測礦泉水、純凈水、自來水等生活用水的拉曼光譜,分析了各類生活用水的水質(zhì)。實驗結果發(fā)現(xiàn)檢測出生活用水的拉曼光譜與蒸餾水的拉曼光譜并無明顯差異,這是由于由于實驗室便攜式拉曼光譜儀探測器靈敏度、光譜分辨率不夠高等局限性和水本身物質(zhì)含量濃度極低的特點所導致的;且實驗中使用了幾種常用樣品池裝水樣,發(fā)現(xiàn)水的拉曼實驗對樣品池要求特別高,選用石英比色皿才能獲取水真實的拉曼信號。這對拉曼光譜水質(zhì)分析實驗有一定指導意義。在分析生活用水所得結論的基礎上展開了拉曼光譜對湖水水質(zhì)的分析,分析結果表明:1)不同湖水在850-2500cm~(-1)區(qū)域內(nèi)有著不同強度的熒光效應,根據(jù)熒光效應的強弱可以分辨不同的湖水;2)通過airPLS算法對原始光譜數(shù)據(jù)進行去基線處理,通過編程語言Python和機器學習框架Scikit-learn編程實現(xiàn)對大量不同湖水拉曼數(shù)據(jù)進行PCA降維聚類分析,然后對比多元變量統(tǒng)計分析軟件SIMCA的分析結果,發(fā)現(xiàn)編程分析的主成分解釋度和聚類效果跟SIMCA的結果不相上下,該方法可節(jié)約科研成本,且可擴展性強,湖水聚類分析對水質(zhì)調(diào)查和水資源宏觀調(diào)控具有重要意義。
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X832;O657.37
【圖文】：

圖 1-1 2016 年 10 月全國重點湖庫污染指標統(tǒng)計監(jiān)測的 104 個湖泊中，呼倫湖、異龍湖和滇池為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，太湖、沙湖、星云湖、巢湖、洪澤湖、杞麓湖等 25 個湖庫為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，其余湖庫均為中營養(yǎng)或貧營養(yǎng)狀態(tài)。

圖 2-1 拉曼光譜產(chǎn)生過程圖 2-1 所示，一束激光照射樣品后有三個可能的去向：收、散射。在這里，本文只討論散射，散射光中主要有率與入射光頻率相當?shù)娜鹄⑸�，這部分散射占了散射

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