本文關(guān)鍵詞：水體重金屬在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及自動(dòng)分析方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水是生命之源,是極其重要的地球資源,是現(xiàn)代文明不可或缺的血脈,它的安全健康決定著全人類(lèi)的發(fā)展與未來(lái),其重要性不言而喻。近幾年,我國(guó)水污染事件頻發(fā),其中水體重金屬污染占相當(dāng)大的比例,受害區(qū)人民的生產(chǎn)生活在蒙受巨大損失的同時(shí)長(zhǎng)期飽受病痛的折磨�？梢哉f(shuō),我國(guó)的水污染程度不比霧霾輕,甚至已成為癌癥村的主因。當(dāng)前環(huán)境保護(hù)中對(duì)水污染的預(yù)防與治理是一項(xiàng)十分重要且緊迫的任務(wù),而開(kāi)展工作的前提就是對(duì)水體進(jìn)行科學(xué)精確的檢測(cè),所以開(kāi)展適合實(shí)際需求的水體重金屬快速精確檢測(cè)與自動(dòng)分析方法研究,為水體重金屬污染評(píng)估和治理提供科學(xué)可靠的依據(jù),對(duì)水資源重金屬污染的預(yù)防與治理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)于水資源短缺的我國(guó)來(lái)講,意義尤為重大。本文在對(duì)現(xiàn)有的重金屬檢測(cè)技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)電化學(xué)方法所具有的儀器經(jīng)濟(jì)實(shí)用、在線(xiàn)檢測(cè)較易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),圍繞水體重金屬的快速精確檢測(cè)系統(tǒng)與自動(dòng)分析方法展開(kāi)研究,設(shè)計(jì)了一款性能穩(wěn)定、操控簡(jiǎn)單的重金屬電化學(xué)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)銻(Sb)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、砷(As)等元素的在線(xiàn)監(jiān)測(cè),結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng),構(gòu)建了一個(gè)適合現(xiàn)場(chǎng)的、低成本、高效的重金屬快速監(jiān)測(cè)平臺(tái)。本研究屬于多學(xué)科交叉研究,涉及電化學(xué)、智能檢測(cè)與控制、數(shù)據(jù)處理與分析等領(lǐng)域,具體研究?jī)?nèi)容如下:⑴以差分脈沖溶出伏安法為理論基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)了基于三電極傳感體系的重金屬檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)以性能優(yōu)異的MSP430F5438為主控MCU,采用模塊化的設(shè)計(jì)理念,分別完成了電源、主控、水樣處理、電化學(xué)檢測(cè)、通訊和鍵盤(pán)顯示模塊的設(shè)計(jì)工作,其中水樣處理模塊采用多通換向閥加定量泵系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜管路控制系統(tǒng),提高了穩(wěn)定性;重點(diǎn)對(duì)電化學(xué)檢測(cè)模塊的激勵(lì)源電路、恒電位儀電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、微信號(hào)調(diào)理和檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì);此外,系統(tǒng)健康檢查和變誤差自動(dòng)補(bǔ)償兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率和野外工作的穩(wěn)定性。⑵為在復(fù)雜噪聲環(huán)境下分離出完整的微弱有用信號(hào),采用軟濾波對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的大誤差剔除和平滑處理。采用差分法濾除粗大誤差后,分別對(duì)五點(diǎn)三次平滑、小波去噪、自適應(yīng)平滑方法進(jìn)行了分析,通過(guò)更新誤差因子方法對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行改進(jìn),經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析與比較結(jié)果表明改進(jìn)算法精度高、抗干擾強(qiáng)、收斂性好。⑶為得到更科學(xué)正確的評(píng)價(jià)結(jié)果,對(duì)現(xiàn)有離散數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)逼近,得到最接近源數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)描述,為科學(xué)評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù),經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析得出選擇8階擬合數(shù)學(xué)模型可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于多組分混合液的溶出數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的逼近,通過(guò)分段擬合方法進(jìn)行處理,即利用極大值法進(jìn)行分段,然后對(duì)每一個(gè)分段區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的擬合處理,提高了數(shù)據(jù)處理的精度和效率。對(duì)于由本底成分及其他因素所造成漂移進(jìn)行校正,通過(guò)校正實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果顯示:切線(xiàn)法辨識(shí)靈敏度高,算法易于實(shí)現(xiàn),是一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別與分析的優(yōu)化算法。⑷對(duì)于分析化學(xué)中重疊峰問(wèn)題,在現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上,借助計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)理論,對(duì)獲取的重疊峰數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,把儀器未能完全分離的峰形進(jìn)行數(shù)學(xué)分解,這種方法對(duì)系統(tǒng)硬件要求相對(duì)寬松。文中提出了一種基于高斯模型的重金屬溶出非線(xiàn)性伏安曲線(xiàn)重疊峰解析算法,并針對(duì)溶出伏安法分析重金屬的具體應(yīng)用特點(diǎn),對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,經(jīng)仿真計(jì)算及實(shí)測(cè)證明了該算法的有效性。⑸作為一款自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),需要自動(dòng)分析出樣本中重金屬的種類(lèi)和濃度。系統(tǒng)在自動(dòng)分析中,用溶出峰位來(lái)定性,而對(duì)于定量依據(jù):,文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出峰高H與濃度的回歸性要優(yōu)于峰面積S,又考慮到計(jì)算量因素,故采用峰高H作為檢測(cè)元素濃度的定量依據(jù)。⑹為了檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)性能,選擇銻(Sb)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、砷(As)四種重金屬元素為研究對(duì)象。在本檢測(cè)系統(tǒng)下,通過(guò)富集時(shí)間與峰電流的關(guān)系實(shí)驗(yàn)、溶出掃描速度與峰電流的關(guān)系實(shí)驗(yàn)等一系列的實(shí)驗(yàn),綜合分析得到本檢測(cè)系統(tǒng)下各研究對(duì)象的最佳溶出參數(shù)。在最佳參數(shù)設(shè)置條件下,近一步研究Sb Pb Zn As濃度與峰電流的線(xiàn)性關(guān)系并進(jìn)行回歸分析,各元素的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)性方程如下:;;;;最低檢測(cè)限(ppb)分別為:0.5;1;1;5。用已知濃度的Zn和Pb樣本對(duì)整個(gè)水體重金屬檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn),通過(guò)多組檢測(cè)濃度與實(shí)際濃度的對(duì)比分析,得出Zn的平均誤差率4.15%,Pb的平均誤差率為3.88%,均達(dá)到了實(shí)際檢測(cè)的精度要求且系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。
【關(guān)鍵詞】：重金屬 電化學(xué) 曲線(xiàn)擬合 重疊峰 自動(dòng)分析
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X84;TP274
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 選題背景及研究意義12-14
• 1.2 水體重金屬檢測(cè)方法及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排20-22
• 2 水質(zhì)重金屬檢測(cè)的電化學(xué)方法研究22-32
• 2.1 電化學(xué)基本理論22-23
• 2.2 溶出伏安法23-27
• 2.3 定性與定量方法27-28
• 2.4 三電極體系28-30
• 2.5 差分脈沖溶出伏安法30-31
• 2.6 溶出伏安法測(cè)重金屬存在的問(wèn)題31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 3 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件流程32-53
• 3.1 總體設(shè)計(jì)32
• 3.2 水樣處理模塊設(shè)計(jì)32-33
• 3.3 電源模塊設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.1 電源模塊結(jié)構(gòu)34-35
• 3.3.2 電源模塊性能測(cè)試35
• 3.4 電化學(xué)檢測(cè)模塊35-44
• 3.4.1 恒電位器設(shè)計(jì)36-40
• 3.4.2 小微電流信號(hào)檢測(cè)電路40-44
• 3.5 主控模塊設(shè)計(jì)44-48
• 3.5.1 主控系統(tǒng)44-45
• 3.5.2 外圍擴(kuò)展45-48
• 3.6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)48-52
• 3.6.1 系統(tǒng)總體工作流程48-49
• 3.6.2 電化學(xué)檢測(cè)流程49-50
• 3.6.3 系統(tǒng)自檢功能設(shè)計(jì)50-52
• 3.7 本章小結(jié)52-53
• 4 檢測(cè)系統(tǒng)的微信號(hào)去噪研究53-68
• 4.1 誤差的產(chǎn)生及分類(lèi)53-54
• 4.1.1 電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的噪聲53
• 4.1.2 檢測(cè)電路本身產(chǎn)生的誤差53-54
• 4.1.3 外界環(huán)境噪聲54
• 4.2 大誤差去除方法54-56
• 4.2.1 移動(dòng)平均法54
• 4.2.2 分位數(shù)法54-55
• 4.2.3 差分法55-56
• 4.3 細(xì)噪聲的濾除方法研究56-64
• 4.3.1 五點(diǎn)三次平滑56-57
• 4.3.2 小波濾波57-59
• 4.3.3 自適應(yīng)LMS濾波59-61
• 4.3.4 變步長(zhǎng)LMS濾波算法與改進(jìn)61-63
• 4.3.5 改進(jìn)算法的性能分析63-64
• 4.4 濾波實(shí)驗(yàn)對(duì)比與應(yīng)用64-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 5 溶出峰峰形確定方法研究68-82
• 5.1 函數(shù)逼近方法68-69
• 5.2 插值與擬合方法的分析與應(yīng)用69-73
• 5.2.1 三次樣條插值分析69-70
• 5.2.2 最小二乘擬合分析70-71
• 5.2.3 插值與擬合的實(shí)驗(yàn)分析71-73
• 5.3 混合溶液中多峰形分段擬合73-77
• 5.3.1 極大值法進(jìn)行分段74-75
• 5.3.2 分段擬合結(jié)果分析75-77
• 5.4 溶出峰基線(xiàn)校正77-81
• 5.4.1 切線(xiàn)法的原理與實(shí)現(xiàn)78-79
• 5.4.2 校正實(shí)驗(yàn)與分析79-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 6 溶出重疊峰分離與智能分析方法研究82-104
• 6.1 重疊峰分析方法綜述83
• 6.2 基于非線(xiàn)性曲線(xiàn)擬合的重疊峰分解83-87
• 6.2.1 伏安峰數(shù)學(xué)模型建立84-85
• 6.2.2 曲線(xiàn)擬合重疊峰解析算法85-87
• 6.3 重疊峰解析的仿真分析87-88
• 6.3.1 模擬信號(hào)構(gòu)建87-88
• 6.3.2 分峰仿真結(jié)果與分析88
• 6.4 重疊峰解析算法優(yōu)化與實(shí)踐88-92
• 6.4.1 基于峰位鄰域的溶出重疊峰分區(qū)解析方法89-90
• 6.4.2 重疊峰解析算法實(shí)踐分析90-92
• 6.5 自動(dòng)分析研究92-94
• 6.6 實(shí)驗(yàn)研究與誤差分析94-103
• 6.6.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備94
• 6.6.2 試劑制備94-95
• 6.6.3 測(cè)量步驟及注意事項(xiàng)95-96
• 6.6.4 溶出參數(shù)實(shí)驗(yàn)96-99
• 6.6.5 溶出電流與濃度的關(guān)系分析99-102
• 6.6.6 濃度檢測(cè)結(jié)果與誤差分析102
• 6.6.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)論102-103
• 6.7 本章小結(jié)103-104
• 7 結(jié)論與展望104-107
• 7.1 主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)104-106
• 7.1.1 主要工作104-105
• 7.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)105-106
• 7.2 研究展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-113
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文113-114
• 作者簡(jiǎn)介114-115
• 致謝115-116
• 附錄116-117

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 高鷹,謝勝利;一種變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波算法及分析[J];電子學(xué)報(bào);2001年08期

2 孫博思;趙麗嬌;任婷;鐘儒剛;;水環(huán)境中重金屬檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2012年07期

3 李遠(yuǎn)祿;于盛林;鄭罡;;基于分?jǐn)?shù)階微分的重疊伏安峰分離方法[J];分析化學(xué);2007年05期

4 詹國(guó)強(qiáng);吳正國(guó);;一種新的變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波算法[J];海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

5 閆闈;;基于DSP Builder的FIR濾波器的設(shè)計(jì)[J];科技信息;2010年11期

6 付海曦;劉威;張春輝;李艷;;水體中重金屬離子的檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2012年04期

7 王福順;孫小華;王樹(shù)濤;;基于曲線(xiàn)擬合的土溫高精度測(cè)量系統(tǒng)[J];農(nóng)機(jī)化研究;2013年08期

8 張永清,廖冬寧,莫金垣;重疊伏安峰的樣條卷積法分辨[J];分析測(cè)試學(xué)報(bào);2003年02期

9 張園;王輝;;一種改進(jìn)的變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)濾波算法[J];現(xiàn)代雷達(dá);2008年07期

10 蘭瑞明,唐普英;一種新的變步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)算法[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2005年07期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王船寶;基于CFD的硅基應(yīng)變材料生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 趙炎;基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境重金屬自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：水體重金屬在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及自動(dòng)分析方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：406374