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基于荧光机理的光纤农药残留测量系统的理论与实验研究

2020-11-23阅读(653)

基于荧光机理的光纤农药残留测量系统的理论与实验研究

论文摘要

随着农业科技的发展,农药所带来的污染已经对人、畜、环境生物和水、大气、土壤等环境要素产生了严重的危害,即使农药残留物是痕量的,长期接触也会对人们的生命和健康造成极大的危害。因此,对农药残留物及其代谢物的高灵敏度检测就变得异常重要。传统的农药残留检测方法有薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法及生物测定法等。上述方法存在样品前处理过程繁琐、消耗试剂、耗时长等缺点,无法实现快速、绿色检测的需要。光纤荧光检测技术具有检测灵敏度高、取样量少、快速、操作简便,尤其可在恶劣环境下进行远距离在线、连续监测等优点,成为当今环境监测领域的研究热点之一。本文利用荧光光谱分析技术和光纤传感等技术为蔬菜中农药残留物直接检测进行理论与实验研究。研制的系统可以实现对农药残留的无污染、直接快速检测。从荧光测量的基本原理出发,从理论上研究了几种常见农药(氨基甲酸酯类农药、苯甲酰脲类杀虫剂、杀菌剂)的荧光产生的可行性,研究了农药的分子结构与其自然荧光特性关系,实验研究了这几种典型农药的激发光谱、荧光光谱特性以及本底溶剂的荧光光谱特性,研究并选择了它们的最佳激发和荧光发射参数。根据农药的荧光特性,结合光纤传感技术、平场凹面光栅分光和微弱信号检测与处理技术,研制了一种用于监测农药残留物浓度的新型荧光光纤测量系统。系统采用氙灯作为激发光源,配备不同的干涉滤光片实现对于不同农药需要的荧光激发光的选择;设计高效集成化球面光纤探头实现荧光的激发、收集和传输;设计小型平场光谱仪对农药荧光信号实现高分辨率分光;采用高灵敏度的线阵CCD(TCD1208AP)探测荧光信号;通过以微控器和时序发生器ispLSI为控制核心的高速数据采集电路实现信号的采集转换;设计精密的光学耦合器实现光学系统各部件的高效耦合;利用标准光源实现荧光光纤测量系统的光谱波长标定。研究采用小波变换技术进行农药荧光光谱数字滤波、平滑去噪处理;建立基于荧光光谱法进行农药残留定量分析的数学模型;利用线性校正方法实现单组分农药的浓度测量,并结合导数荧光光谱法对两组分农药体系不经前期分离而直接测定了各成分的浓度。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究目的和意义
  • 1.2 农药残留检测方法及其发展趋势
  • 1.3 荧光法检测农药的国内外研究概况
  • 1.4 课题来源及主要研究内容
  • 1.4.1 课题来源
  • 1.4.2 主要研究内容
  • 第2章 荧光法测量农药残留的基本原理
  • 2.1 荧光分析法的基本原理
  • 2.1.1 荧光产生机理
  • 2.1.2 水中农药荧光产生机理的模型建立
  • 2.1.3 荧光的激发光谱和发射光谱
  • 2.1.4 荧光参量
  • 2.1.5 荧光与分子结构的关系
  • 2.1.6 环境因素对荧光的影响
  • 2.1.7 荧光分析法分类
  • 2.2 农药荧光分析的可行性
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 农药荧光光谱特性的实验研究
  • 3.1 农药的荧光光谱特性实验
  • 3.1.1 实验系统
  • 3.1.2 氨基甲酸酯类农药的荧光光谱特性
  • 3.1.3 苯甲酰脲类农药的荧光光谱特性
  • 3.1.4 杀菌剂农药的荧光光谱特性
  • 3.2 农药浓度与荧光强度的关系实验
  • 3.3 本底溶剂的荧光光谱特性实验
  • 3.4 腐殖酸对荧光的猝灭作用
  • 3.5 农药浓度对荧光的猝灭
  • 3.6 最佳激发波长和荧光波长的选择
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 荧光光纤农药残留测量系统设计
  • 4.1 系统总体设计方案及工作原理
  • 4.2 光纤探头
  • 4.2.1 光纤的选择
  • 4.2.2 光纤探头设计
  • 4.3 激发光源
  • 4.3.1 激发光源的选择
  • 4.3.2 脉冲氙灯的特点及光谱特性
  • 4.3.3 脉冲氙灯驱动电路
  • 4.4 滤光片设计
  • 4.5 小型光谱仪设计
  • 4.5.1 小型光谱仪的光学系统
  • 4.5.2 多通道检测器
  • 4.6 荧光光纤测量系统中的光耦合
  • 4.6.1 脉冲氙灯与光纤耦合分析
  • 4.6.2 光纤与多色仪的耦合分析
  • 4.6.3 光纤传输系统的特性分析
  • 4.7 高速数据采集系统
  • 4.7.1 高速数据采集系统设计
  • 4.7.2 数据采集软件设计
  • 4.8 荧光光纤农药残留测量系统原理样机的组成
  • 4.9 系统的波长标定
  • 4.10 荧光信号处理系统
  • 4.10.1 系统噪声来源分析
  • 4.10.2 基于小波变换技术的荧光信号处理
  • 4.10.3 利用导数光谱法提高重叠光谱分辨率
  • 4.10.4 荧光光谱法农药残留定量分析
  • 4.11 本章小结
  • 第5章 荧光光纤农药残留测量系统实验与分析
  • 5.1 标准农药荧光光谱测量
  • 5.1.1 农药标准溶液的配制
  • 5.1.2 测量方法
  • 5.1.3 实验结果与分析
  • 5.2 系统性能测试与分析
  • 5.2.1 工作曲线制作
  • 5.2.2 检测限测定
  • 5.2.3 回收率测定
  • 5.2.4 方法比较
  • 5.3 多组分农药残留检测
  • 5.3.1 多组分农药残留的荧光光谱检测
  • 5.3.2 白菜中多组分农药残留荧光定量分析
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
  • 致谢
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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