便携式水质污染快速检测仪的研制开发

  I-V 转换、模数转换后，由单片机做处理。单片机中内置有数据 处理程序，基于事先建立好的荧光强度与水质指数的数学模型， 根据检验测试到的荧光强度，计算出当前待测水样的水质指数，并将 计算结果输出到结果为模块。结果显示模块采用了两位数码管 显示，可以将水质指数展示给用户。数码管的显示范围为 0~99。 数字越高，代表水质越好。同时还配备了三个不一样的颜色的 LED 水 质 指 示 灯，分 别 为 绿 灯、黄 灯、红 灯，与 水 质 优、良、差 三 个 等 级 一一对应，直观明了，便于用户了解当前待测水样的水质状况。

  李震，许卫刚，宛如意 （深圳市水务科技有限公司，广东深圳，518031）

  摘要 ：本文介绍了荧光分析法应用于水中有机物检测的基础原理，结合应用需求设计了一款便携式水质污染快速检测仪。该 检测仪包括水路系统、电源模块、光源驱动、荧光检测装置、数据采集处理以及结果为模块。对检测仪的整机结构设计以及各 组成模块的研制进行了介绍。 关键词 ：水质检测 ；快速 ；便携

  随着经济的发展，环境污染问题引起人们的广泛关注。水环 境中的有机污染物以及细菌等微生物对人体健康存在着巨大威 胁，部分有机污染物难以降解，它们不仅在水中存在的时间长，而 且有些是潜在的致突变和致癌物质。水质检测技术是很重要的 研究课题。在实验室中进行有机污染物等的检测往往程序复杂、 时间长、成本高，难以满足对水质污染进行快速检测的应用需求。 有些水质检验测试仪器需要用检测试剂，检测成本比较高，并且所使 用的检测试剂有可能对水环境造成二次污染。荧光分析法能应 用于水中有机物综合指标的测定，并且具备比较好的选择性和较高 的灵敏度。基于荧光分析法对水中的有机污染物进行仔细的检测，可以 不使用检测试剂，避免了对水环境造成二次污染，在保证较高的 检测灵敏度前提下，还具有检测速度快、维护成本低等优点。目前 国内外市场上现有的便携式水质快速检测装置大多基于电导率 检测法，这类方法只能够反映出水中可导电物质的含量，无法有 效反映有机污染物以及细菌等微生物污染情况。本文基于荧光分 析法研制开发了一种新型的便携式水质污染快速检测仪，能够对 水中有机污染物进行快速、高灵敏度、免试剂检测，并给出待测水 样的水质指数，同时具有使用起来更便捷、简单易操作等优点。

  溶解性有机物（DOM）是自然水体中最主要的有机物存在形 式，对多种水质有机污染指标都存在影响，如总有机碳（TOC）、化 学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等。DOM 是包括腐殖质、蛋白 质和其它芳族或脂族有机物的复杂混合体，根据荧光光谱特 性，DOM 可大致划分为含苯环结构的类蛋白物质、类富里酸物质、 与微生物代谢有关的类蛋白物质、类腐殖酸物质。在一定浓度范

  3.1 检测仪整机结构设计 检测仪的整机采用棒状结构设计，方便实现手持操作。检测

  仪整机的设计效果如图 2 所示，设计尺寸为 200mm（高）*Φ44mm （直径）。从机械结构上来讲，该检测仪可分为四段，分别是顶部盖 帽、检测室、电池室以及底盖。顶部盖帽与检测室之间采用螺纹连 接，在使用时取下盖帽即可向检测室注入待测水样。检测室包含 了水路系统、光源驱动电路、荧光检测装置、数据采集处理以及结 果显示模块，另外还有一个检测开关按钮。电池室与检测室是可 以分开的，但在装配完成后即固定在一起。电池室中可以安装 4 节 5 号电池，为检测仪整机提供电源。底盖与电池室之间也采用 螺纹连接，在进行电池更换时可以取下。

  围内，随着 DOM 含量的增加，类蛋白质和类腐殖质有机物的荧光 强度线性增加。根据这些有机物的荧光光谱特性，选取紫外 LED 作为激发光源，设计开发小型化的水质荧光检测仪，实现对水中 有机污染物的快速检测。

  对便携式水质污染快速检测仪的系统架构进行了总体设计， 如图 1 所示。整个系统包括水路部分、电源模块、光源驱动、荧光 检测装置、数据采集处理以及结果为部分。微型化设计是实现 检测仪整机便携化的关键。在设计过程中，需要将检测仪各组成 部分的体积尽可能地压缩，以保证整机的便携化。下面分别介绍 检测仪各组成部分的功能。水路系统负责将待测水样送入检测试 样室，检测试样室是荧光检测装置的一部分。荧光检测装置是检 测仪的核心模块。光源驱动电路为荧光检测装置中的激发光源 提供稳定的工作电流，激发光将射入到检测试样室里的待测水样 中。荧光检测装置可对产生的荧光进行收集检测，所检测到的信 号由数据采集处理模块进行分析处理，检测结果由结果为模块 展现给用户。电源模块负责为检测仪的其它多个模块进行供电。