海水BOD荧光原位传感器的研究与应用

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生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand)可以定义为水体中的有机物被好氧微生物分解成无机物质这一过程中所消耗的溶解氧量,简称BOD。这一指标的大小间接反映了水体中有机污染物的量的多少,是表征水体污染程度的一项重要指标。在我国国家环境保护标准HJ505-2009中,规定了测量水体BOD的稀释与接种法。此方法需要付出5天的时间来测量BOD,测量周期太长,无法及时、高效地反映水体中有机物的污染状况,在需要快速测量水体中有机污染物含量的场合无法适用。因此,研发一款能在现场实时监测BOD的传感器是十分有必要的。针对以上所研究的目的,本文探究了基于荧光分析法的海水BOD荧光原位传感器检测海水BOD的可能性。它的基本测量原理是通过紫外波段的光激发水体中的色氨酸产生荧光,探测器检测此荧光信号并由传感器内置的校正参数将色氨酸荧光信号转化为与之相关的生化需氧量,利用色氨酸间接测量BOD,解决BOD实时监测问题。相比国家环境保护标准中提到的稀释与接种法需要将水样采集回实验室并需要5天时间才能得到最终结果,本传感器在环境现场就能将BOD实时检测出来,而且不需要往水体中加入任何化学物质,对环境没有污染,并且具备快速、简单、便携、性能稳定等优点,在一些对BOD检测精度要求不太高,需要实时、稳定测量的场合具有很强的适用性。本文的海水BOD荧光原位传感器以基于ARM Cortex-M3的STM32单片机为核心,实现对激发光源的调制。使用光电倍增管PMT检测色氨酸荧光信号,转变为电压信号,由ADC进行采集并送给STM32单片机进行数据处理,得到的BOD值传给上位机显示。在光路结构方面本文采用激发光路与探测光路垂直的方式以减小激发光对所探测的荧光信号的干扰。本文的主要内容是BOD荧光原位传感器硬件电路设计及其软件部分的开发。硬件电路部分主要包含对LED驱动电路、数据采集控制电路、数据采集电路、接口电平转换电路的设计。软件部分主要是对单片机的配置以及对数据进行处理。最终结合实验测试与海水现场测试完成海水BOD荧光原位传感器的研制。与其它测量BOD的传统传感器相比,本BOD荧光原位传感器所采用的测量机理比较新颖,传感器测量结果的线性度较好。并且本传感器具备一定的稳定性、可靠性以及良好的便携性,具有一定的实用价值。
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