水体藻类浓度在线检测系统的设计黄建美1张戈2（1、江西省环境科学研究院，江西南昌3300392、江西省邮电规划设计院有限公司，江西南昌330002）引言近年随着经济高速发展，人们生活水平日益改善，环境破坏也日益严重。

工业和生活用水的任意排放造成湖泊水体中藻类大量繁殖，水体生物因藻类过度繁殖而缺氧死亡，引起水体富营养化，称为“水华”。

加强对水体藻类的繁殖检测尤为重要[1-3]。

水体藻类色素作为鉴定不同藻类和浮游植物群落组成的特征标示物。

通常以叶绿素浓度来反应藻类浮游植物繁殖程度。

其中叶绿素a 是水体生态系统的重要参数，通过有效方法来检测a 浓度达到检测水体藻类繁殖程度的目的[4]。

对选取规范方法、超声波法、反复冻融法、延时提取法、热丙酮法、丙酮加热法、热乙醇法、混合溶剂法是常见的8种检测方法。

但这8种方法都需要提取样本，并在实验室内完成叶绿素a 的测定[5]。

其操作复杂，不能达到在线检测的效果，效率低下。

作者结合自动化控制、传感器、荧光检测、和通信技术，并通过相关实验数据，设计出一套能够实时检测叶绿素a 浓度的在线检测系统。

该系统具有操作方便、灵活性强、测量数据准确等优点。

1检测方法及原理藻类叶绿素a 的检测采用荧光发射原理。

紫外光照射物质分子时，受激发分子以辐射形式将其吸收的能量释放返回基态时会发射出波长大于激光。

对于不同荧光物质其分子结构和能量分布不同，显示出的吸收光谱和荧光光谱特性也不同[6]。

叶绿素a 在受光435nm 波长光激励时，a 分子发出荧光峰值波长为685nm ，其中发光过程在激光停止后约10-8s 内停止。

只要激光的光强一定，荧光强度随着a 浓度的变化而变化。

经过在紫外光的激发下，a 分子所发出的荧光强度为：(1)其中，k 为仪器常数；Q 为物质荧光效率；I 0为激励光光强；c 为物质浓度；b 为样品光程差；ε为摩尔吸收系数。

将（1）式取对数得：(2)其中，只要k ，Q ，I 0，b ，ε一定，A 、B 、C 也就是定值，a 浓度C 和荧光强度F成数学关系。

通过光学传感器对荧光的强度进行检测，能推断出叶绿素a 的浓度。

2检测装置及系统结构设计2.1荧光检测装置设计图1荧光检测装置刨面图装置为钢制T 形，长15cm ，内直径5cm ，外直径6cm ，内壁有反光性高铬涂层。

其中紫色激光头功率为50mw ，中心波长435nm ，光源具有高稳定性、强持续性以及高亮度、低损耗等特点。

激光射出后通过435nm 干涉滤光片，滤出光波能保证叶绿素a 达到最佳激励。

激发光透过滤光片射在分光棱镜上将光一分为二，射入测量槽内的是有用光，射向光电二级管1的是参考光。

整个装置浸水后，槽内被水填满，滤网杂物挡在槽外，保证检测可靠性。

435nm 波长的有用光与测量槽内水中的叶绿素a 发生荧光反应射出荧光。

该光的中心波长为685nm ，装置内装有干涉滤光片下方再放置凸透镜，焦点处安装光电二级管2将荧光汇聚减少能量的损失。

整个装置在水下工作，其密封性良好，保证了各个器件正常可靠工作。

2.2在线检测系统结构设计为实现在线检测目的，装置安装在遥控小船上，船上安有自动升降杆，装置固定在升降杆上，C8051F020单片机控制连接升降杆的步进电机，使装置水中自由升降。

光电二级管1和2测量电压值分别经过DSP放大电压后，送入单片机两路12位A/D 转换端口进行同步采样。

对参考和可用光作除法剔除整个系统因各种原因造成光源不稳定性带来的荧光值的浮动现象，减小外界光源对检测系统影响。

通过控制电路对激光头的电流调解实现光强可调。

图2系统结构框图数据通过无线传输方式传送。

选择nRF2401无线收发模块，其传输数据速度快，外接天线能达几百米距离。

模块的工作电压和单片机的工作电压一致，简化了电路设计。

岸边检测人员通过计算机的操作实现远距离在线检测。

数据传输方式为半双通方式，如图2所示。

2.3信号处理电路设计藻类繁殖情况不同，其叶绿素a 浓度也不同。

当紫色激光头对其进行照射时，发出的光强也有较大差距。

当叶绿素a 浓度比较低时，二级管2采集的光电信号将非常微弱，故必须用特殊放大器对其进行信号放大，否则无法到达采样电压。

选用运放型号是ICL7650。

该运放可分辨10-12A 电流，采用CMOS 工艺集成的载波稳零高精度运放，具有响应快、体积小、稳定性好等特点。

其接法如图3，光电二级管反偏接入直流电源端，C 55起稳压的作用。

光电二极管为美国PSS 系列低暗电流光电二极管，其响应度高、暗电流低、体积小、重量轻，广泛用于微光探测仪器仪表中。

R 54、R 55、C 56组成反馈补偿网络降低宽带。

芯片10脚直接输入单片机的A/D 采样端。

3实验结果与分析为检验系统可行性，用浓度为0.1μg/L 藻类溶液配置不同浓度溶液，分别为：25%~100%。

调节激光头光强，选用光强为60Lm/m 2的调制光照射不同浓度藻类溶液。

单片机处理光电传感器检测到的电压信号得出以下实验数据。

摘要：藻类大量繁殖导致水生物缺氧死亡是造成水华现象的直接原因。

根据藻类叶绿素a 荧光发射原理，分析其光谱特性，设计藻类浓度在线检测系统。

系统由荧光检测装置、采样控制电路、无线发射模块和计算机监控系统组成。

关键词：水华；藻类浓度；叶绿素a ；荧光检测Á(1)ÁÂF kQI e ÁÁa a lg()C A BD F ÁÁ2.3 2.3lg(),,A kQIB D kQI b b图3运放硬件连接图20--ICP的管理与维护火啸明1张献1师小燕2（1、甘肃稀土新材料股份有限公司检测中心，甘肃白银7309222、甘肃稀土新材料股份有限公司动力车间，甘肃白银730922）设备管理的好坏，对分析样品的质量和成本等经济技术指标，都有着决定性的影响，因此要严格按照设备的运转规律，抓好设备的正确使用，精心维护，科学维护，努力提高设备完好率。

1管理1.1建立设备档案a.设备及其软件的识别；b.制造商名称，型式标识，系列号；c.对设备是否符合规范的核查（检定，校准结果，期间核查情况，性能核查情况）;d.制造说明书。

1.2操作人员的要求1.2.1操作人员必须熟悉所使用设备的机构、工作原理、性能，操作规程和维护保养知识。

1.2.2操作人员每次使用仪器前都要认真进行检查，并填写《设备使用及保养记录》。

1.2.3仪器在使用过程中出现异常情况或发生故障应详细记录在使用登记本上，并进行处理或报修。

1.2.4仪器在使用完毕后应及时切断电源、水源、气源，恢复原始状态，清理工作现场。

1.2.5设备操作人要定期对检测身背进行保养，维护和检查。

2维护保养2.1接地高频仪器是要求自己单独接地的。

如果接地不好，仪器高频功放部分常常容易被打坏。

另外高频信号容易传入电源中相关的其他仪器设备，造成其他弱电仪器设备工作不正常。

电磁屏蔽和高拼接帝还包括防止高频电磁辐射对人体伤害。

所以要定期对仪器接地进行测量，看仪器接地是否良好。

测量方法如下：2.1.1测量时注意条件测量时，接地体引线要与设备断开，以免影响测量精度。

由于土壤温度对接地电阻影响很大，因此不宜在刚下过雨后进行测量。

2.1.2接线使用ZC-8型接地电阻测量表的接线，当接地极E、和电流探测针C之间的距离大于20m时，应将探针P插在E、C之间的直线相距几米的地方，当E、C之间的距离小于20m时，则探针P应插于E、C直线的中间位置，当用0~1/10/100欧姆规格的表测小量于1欧姆的接地电阻时，应将C2、P2的连片打开，分别用导线将C2、P2接至被测接地体上。

2.1.3测量步骤1）接好线后，将仪表水平放置，检查调整检流计的指针指向零线位置。

2）将倍率标度置于最大倍数，慢慢转动手柄并旋转测量标度盘，使检流计指针指向零刻度线。

使手柄速度达120r/min调整标度盘使指针指零后读取标度盘刻度数值，如果该数值小于1，应将倍率标度置于较小倍数，按上述方法重复测量到合适为止。

3）用测量标度盘的读数，乘以倍率标度倍数即为所测的接地电阻值。

检测接地电阻限值≤3Ω为好。

平时可用万用表量插座内的地线和零线间的电压，趋于零为好。

否则应停止仪器工作进行检查修复。

2.2气路氩气压力小于仪器设置值时（正常值0.6~0.7MPa），仪器就会出现自我保护熄火，不工作情况。

因此要定期对仪器的气路部分进行检查，以防止由于气管老化破裂而引起熄火故障。

2.3冷却系统2.3.1抽风仪器对抽风的要求也是很高的，风力太大则会使火焰出现抖动，影响测量结果。

太小则出现烧毁矩管。

因此要在通风管内装有可调节风量的圆片，对风量大小进行调节。

由于风机老化等原因，应定期对风量进行检测，及时对风量进行调节。

2.3.2循环水每次工作前，首先检查循环水工作是否正常，定期更换冷却水及清理管道内的污垢，以防止污垢堵塞造成循环水冷却系统阻力增大，泵压力不足。

造成仪器无法正常工作。

2.4仪器清洁工作前观察矩管、线圈表面清洁度。

检查中心管是否有盐堵塞，及时疏通，并将沉淀于石英中管和外管的各种金属“银镜”一起用微微沸腾的王水浸洗干净及用蒸馏水清洗洁净后完全烘干，安装。

每次矩管重新安装后，点火后都要扫一下Si灵敏线，看一看有没有明显的发射值。

以确定是否重装时矩管的三轴同心度良好，有明显Si发射值说明矩管还未三轴同心，有烧矩管的危险。

要在调整。

线圈表面脏，则以脱脂棉沾稀氨水（1+1）擦拭线圈表面直至镀银层熠熠发亮，用蒸馏水清洗残留氨水，用吸水纸吸干，并用吹分机完全吹干线圈。

工作前检查进样管是否有堵塞或破损，及时发现并更换。

并定期将雾化器放入王水中煮一段时间或放入清水在超声波里，清洗一段时间。

以防雾化器堵塞，影响测量。

定期对仪器内部进行除尘清理。

并对仪器光栅转盘用纱布沾石油醚或酒精-乙醚混合液进行清洗后，涂上少量的表油（不是钟油），来消除飘峰的问题。

3结束语以上就是本人从事仪器维护管理以来，在ICP维护方面的心得体会。

希望对使用或从事ICP维护管理的同仁有所帮助。

参考文献[1]甘肃稀土新材料股份有限公司检测中心《程序文件》.2012.5.20.[2]戴亚明.以固态检测器为代表的电感耦合等离子体发射光谱仪的进展评述.现代科学仪器，2010,6:157-164.[3]戴亚明.电感耦合等离子体原子发射光谱仪器的安装准备及故障判别.现代科学仪器，2012.12:165-172.摘要：随着科学技术的发展，对样品检测的精密度要求也越来越高，ICP在检测中的应用也越来越广泛，为了保证检测结果的准确性必须要对设备进行严格的管理，科学合理的维护保养。

关键词：检测设备；管理；维护保养表1对数据线性拟合，藻类浓度和电压比值的函数为y=4.4015x+ 0.1983，其中y为电压比值，x为藻类浓度，线性回归系数为0.9987，说明系统测得的电压比值与藻类溶液浓度具有良好线性关系。