光学学报2024,Vol.44Issue(21) :146-156.DOI:10.3788/AOS240815

化工园区地下水苯系物荧光原位快速检测实验系统设计及实验研究

Experimental System Design and Research on In-Situ Rapid Detection of Benzene Series Fluorescence in Groundwater in Chemical Parks

陈劲松 杨瑞芳 赵南京 殷高方 黄朋 姜玉喜 高明 宋恒鑫 王亮 陈晓伟
光学学报2024,Vol.44Issue(21) :146-156.DOI:10.3788/AOS240815

化工园区地下水苯系物荧光原位快速检测实验系统设计及实验研究

Experimental System Design and Research on In-Situ Rapid Detection of Benzene Series Fluorescence in Groundwater in Chemical Parks

陈劲松 1杨瑞芳 2赵南京 2殷高方 2黄朋 3姜玉喜 1高明 4宋恒鑫 5王亮 5陈晓伟3
扫码查看

作者信息

  • 1. 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026;中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
  • 2. 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
  • 3. 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
  • 4. 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031;安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
  • 5. 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031;合肥大学生物食品与环境学院,安徽 合肥 230601
  • 折叠

摘要

为了满足化工园区地下水苯系物原位快速检测需求,开展化工园区地下水苯系物荧光原位快速检测实验系统设计及实验研究.设计荧光激发收集光学系统,采用三维荧光光谱法获取苯系物荧光特征光谱,筛选光学元器件.光学系统采用激发-收集正交工作方式,其中荧光激发光路采用会聚准直光束来减小激发区发射角和杂散光的影响;荧光接收光路采用三片式镜头,在缩小结构尺寸的同时提高能量接收效率.设计荧光信号采集系统,采用模块化布局系统核心电路.设计端窗凹槽式机械结构和圆柱外形实验系统密封舱,以保护内部光电系统,保证实验系统可以高效完成地下水苯系物的荧光采集、解析,测量结果存储,以及数据传输等操作.在此基础上,采用标准加入法,使用江西某化工园区地下水配制苯系物待测样品,使用该实验系统进行测试.实验结果表明:待测样品浓度和荧光信号强度呈线性关系且拟合系数在0.9634以上,检测限低于0.26 mg·L-1,平均相对误差小于9.3%,稳定性小于0.08,重复性小于7.5%,且准确度与Hitachi F-7000荧光光谱仪测试结果接近,说明该实验系统的准确度高、稳定性好、重复性好,适用于化工园区地下水苯系物原位快速检测.

Abstract

Objective To conduct in-situ rapid detection of benzene in groundwater in chemical parks,the design and experimental research of fluorescence detection are carried out.Methods First,we design a fluorescence excitation and collection optical system,obtain fluorescence spectroscopy of benzene series by three-dimensional fluorescence spectroscopy,and then select optical components (Figs. 1‒5). The optical system adopts the excitation-collection orthogonal mode,in which the fluorescence excitation light path adopts a converging collimated beam to reduce emission angles in excitation regions and stray light interference,and the fluorescence receiving light path adopts a three-piece lens to reduce structure size and improve the energy reception efficiency (Figs. 6‒8). We further design a fluorescence signal acquisition system and arrange the core circuit modularly. We also design an end-window mechanical structure and a cylindrical-shaped sealed cabin for the experimental system to protect the internal photoelectric system,efficiently completing the fluorescence collection,analysis,results storage,and data transmission for benzene series in groundwater (Figs. 9‒11). On this basis,we employ the standard addition method to prepare benzene samples and use groundwater from chemical parks in Jiangxi Province for testing with our experimental system (Table 1).Results and Discussions The experimental results show a linear relationship between the concentration of the samples under measurement and the fluorescence signal intensity. The correlation coefficient is above 0.9634,and the detection limit is less than 0.26 mg·L-1;the average relative error remains below 9.3%,the stability is less than 0.08,and the repeatability is below 7.5%. The accuracy is close to the test result of the Hitachi F-7000 fluorescence spectrometer (Figs. 12 and 13,Tables 2‒4).Conclusions The results show that the experimental system has high accuracy,strong stability,and good repeatability,and it is suitable for the rapid detection of benzene series in groundwater in chemical parks.

关键词

化工园区地下水/苯系物/原位快速检测/激发-收集正交/标准加入法

Key words

groundwater in chemical parks/benzene series/in-situ rapid detection/excitation-probe orthogonality/standard addition method

引用本文复制引用

出版年

2024
光学学报
中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所

光学学报

CSTPCD北大核心
影响因子:1.931
ISSN:0253-2239
段落导航相关论文