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基于荧光光谱分析的石油类污染物识别测量方法及其实验研究

作　者: 潘钊
导　师: 王玉田
学　校: 燕山大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 石油类污染物三维荧光光谱污染物识别污染物含量测量胶束荧光平行因子分析
分类号: X830.2
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

石油是重要的能源和工业原料，在石油的勘探、开采、运输、加工乃至消费过程中，有大量的原油或石油产品被泄漏或排放至自然环境中，由石油引起的环境污染日益严重，甚至导致生态灾难。针对石油类污染物的识别和含量测量是环境监测和治理的重要内容。论文以荧光光谱分析为主要方法，在深入分析了石油类污染物成分特点的基础上，提出了结合荧光光谱分析与平行因子分析理论的混合体系中石油类污染物整体识别测量方法，并进行了实验论证。由光致发光理论，结合石油化学相关数据，论证应用荧光方法整体测量原油或石油产品等石油类污染物的可行性、适用性。研究实验仪器特性和散射现象对荧光光谱测量的影响，实验确定消除影响的方法。综合考虑被测物成分组成、散射消除等问题，选定激发与发射测量范围，对选定样品进行荧光光谱测量，获得样品三维荧光光谱与各维度投影光谱，分析光谱特征。测量样品有机溶液荧光光谱，研究了其与纯样品光谱的差异。研究多元校正与平行因子分析理论及方法，确定应用平行因子分析方法作为石油类污染物多成分混合体系中成分识别与测量的基本手段。以不同被测样品的四氯化碳溶液稀释混合构造共存体系实验样本集；根据被测物的光谱特征判定平行因子分析的因子数，进而辨识溶液成分特征光谱并实现定量测量；设定一种样品为干扰成分，研究其对混合体系中主要成分识别与定量测量的影响。经过实验，分别识别了各预测样本集中主要成分并测得它们的含量。研究表面活性剂胶束溶液在荧光测量分析中的应用原理与方法，测量石油类样品在十二烷基硫酸钠胶束溶液中光谱，验证使用胶束增敏荧光方法测量水中复杂组分石油类污染物含量的方法。实验确定被测石油类样品应用胶束方法有效测量范围；将溶液稀释与混合制成共存体系样本集，然后通过分析浓度模式因子载荷曲线，确定因子数，辨识表征样品含量的因子，估计预测样本集中各成分含量。对于光谱重叠程度较高的样本集，首先使用局部光谱结合平行因子分析方法测定部分成分含量；然后使用不含已知成分的校正样本集光谱数据重构三维数据矩阵，重复应用平行因子分析方法实现对其它成分的定量测量。实验表明在一定浓度范围内，胶束增敏荧光方法结合平行因子分析可以实现对混合体系内的石油类污染物成分的识别与定量测量。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-24
  1.1 论文研究的背景及意义  12-17
    1.1.1 石油类污染的广泛性  12-15
    1.1.2 石油类污染的来源  15-16
    1.1.3 石油类污染的危害  16-17
    1.1.4 课题研究的意义  17
  1.2 石油类污染物的检测方法  17-19
    1.2.1 饮用水中石油类污染物检测方法  17-19
    1.2.2 海洋溢油中石油类污染物检测方法  19
  1.3 国内外应用荧光方法检测石油类污染物的研究现状  19-22
  1.4 课题来源与主要研究内容  22-24
    1.4.1 课题来源  22-23
    1.4.2 主要研究内容  23-24
第2章荧光法测量石油类污染物的原理  24-40
  2.1 引言  24
  2.2 荧光光谱分析的原理  24-30
    2.2.1 光致发光的过程  24-26
    2.2.2 荧光物质的特征光谱  26-27
    2.2.3 影响分子荧光发射的因素  27-29
    2.2.4 溶液荧光强度与浓度的关系  29-30
  2.3 荧光检测仪器的结构  30-35
    2.3.1 荧光检测仪器的类型  30
    2.3.2 荧光光谱仪器的构成  30-34
    2.3.3 荧光光谱仪的光学结构  34-35
  2.4 荧光分析方法  35-36
    2.4.1 荧光分析的主要方法  35-36
    2.4.2 荧光分析方法的特点  36
  2.5 石油类污染物的组成特性  36-39
  2.6 本章小结  39-40
第3章石油类污染物荧光光谱实验研究  40-55
  3.1 引言  40
  3.2 实验仪器  40-41
  3.3 荧光光谱仪的校正  41-44
    3.3.1 单色器的波长校正  41-42
    3.3.2 激发与发射光谱校正  42-44
  3.4 散射对测量的影响  44-46
    3.4.1 Raman 散射对荧光光谱测量的影响  44-46
    3.4.2 Reyleigh 散射对荧光光谱测量的影响  46
  3.5 几种石油产品的荧光光谱  46-54
  3.6 本章小结  54-55
第4章石油类污染物的平行因子识别测量方法  55-86
  4.1 引言  55
  4.2 石油类污染物 CCl4溶液的光谱表现  55-63
  4.3 化学计量学在复杂混合体系测量中应用  63-73
    4.3.1 化学计量学的发展  63-64
    4.3.2 多元校正分析  64-65
    4.3.3 三维数据与二阶校正  65-66
    4.3.4 Tucker3 模型与 PARAFAC 模型  66-73
  4.4 应用平行因子方法分析石油类污染物 CCl4溶液荧光光谱  73-85
    4.4.1 实验样本的配制与仪器参数设置  74-75
    4.4.2 柴油与汽油混合样本荧光光谱分析  75-78
    4.4.3 柴油与煤油混合样本荧光光谱分析  78-82
    4.4.4 存在煤油干扰成分的柴油与汽油混合样本荧光光谱分析  82-84
    4.4.5 干扰物含量对测量的影响  84-85
  4.5 本章小结  85-86
第5章胶束增敏荧光方法测定水中石油类污染物成分含量  86-118
  5.1 引言  86
  5.2 胶束增敏荧光分析  86-90
    5.2.1 胶束增敏荧光分析原理  86-87
    5.2.2 表面活性剂 SDS 胶束溶液荧光特征与应用  87-88
    5.2.3 表面活性剂 SDS 胶束溶液配制与光谱测量  88-90
  5.3 石油类污染物在 SDS 胶束溶液中的荧光光谱  90-99
    5.3.1 石油类污染物在水中的荧光光谱  90-92
    5.3.2 石油类污染物在 SDS 胶束溶液中的荧光光谱  92-99
  5.4 石油类污染物在 SDS 胶束溶液中浓度与荧光强度的关系  99-103
  5.5 胶束荧光方法与平行因子分析方法测量多成分石油类污染物含量  103-117
    5.5.1 柴油煤油混合胶束溶液中含量的测量  103-108
    5.5.2 柴油煤油汽油混合胶束溶液中含量的测量  108-117
  5.6 本章小结  117-118
结论  118-120
参考文献  120-131
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果  131-133
致谢  133-134
作者简介  134

基于荧光光谱分析的石油类污染物识别测量方法及其实验研究

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