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基于藻类叶绿素荧光动力学曲线的水质监测系统的设计

资 源 简 介

随着社会经济的快速发展,工业、农业及居民的生活用水量日益增加,由此产生大量相应的工业废水、农业污水和生活废水。工业废水经常含有重金属,容易引起动植物死亡;农业和生活废水排放到水域中会引起水域的富营养化,导致水中藻类和浮游植物的大量繁殖产生赤潮。水质的污染给人类的生活、生产和生命健康都带来了极大的危害。因此,对水质状况进行实时监控非常有意义。

  水域中的藻类含有叶绿素,可以作为监测水质的指示物。快速获取藻类叶绿素荧光动力学曲线可以监测水域水质情况,对水质污染有预警作用。本文采用叶绿素荧光动力学测量法监测水质污染。首先获取水域中的藻类,采用一定波长的光激发藻类叶绿素产生荧光信号,绘出动力学曲线,对比健康状况下该藻类的动力学曲线就可以判断该水域是否被污染。本论文主要的研究内容有:

  ①在比较了目前水质检测的方法和分析了水质检测国内外现状的基础上,提出了一种检测水质的新方法—藻类叶绿素荧光动力学法;

  ②在研究了荧光测量的基本原理上,提出了藻类叶绿素荧光动力学检测系统的总体方案;

  ③设计系统的光路并且利用微弱信号检测技术中的锁相放大技术搭建光电检测系统的硬件电路,设计低通滤波器滤除杂散光信号,获得荧光信号;

  ④研究了基于MSP430F149单片机的荧光信号采集硬件电路,并且编写了相关软件,进行了数据采集;

  ⑤研究了叶绿素的萃取方法,并且利用光谱仪获得叶绿素的最佳激发波长和发射光波长,获取了叶绿素的荧光动力学曲线以及小球藻的荧光动力学曲线,并且对曲线进行了分析。

  实验结果表明,本系统测量得出的荧光动力学曲线验证了藻类在监测水污染的重要指示作用;并且该系统模块化、小体积、低功耗的设计,不仅有利于系统的安装、调试与维护,也有利于系统与其它系统的集成;同时系统的便携式、稳定性和低成本等优点适用于多点布控来监测水域的污染状况,对监控整体水域的污染有重要意义。

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