一种海水中营养盐含量的测定方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410024814.9	申请日：	2014.01.20
公开号：	CN103712935A	公开日：	2014.04.09
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):G01N 21/31申请日:20140120授权公告日:20150923终止日期:20160120\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/31申请日:20140120\|\|\|公开
IPC分类号：	G01N21/31; G01N21/64	主分类号：	G01N21/31
申请人：	山东省科学院海洋仪器仪表研究所
发明人：	程岩; 王洪亮; 吴丙伟; 吴宁; 张述伟; 杨小满; 马然; 褚东至; 曹煊; 张颖; 张颖颖; 刘东彦; 陈朝贵; 张国华; 高杨; 王茜; 吕婧; 范萍萍; 曹璐; 张婷; 石小梅; 王昭玉; 郭翠莲; 侯广利; 刘岩
地址：	266001 山东省青岛市市南区浙江路28号
优先权：
专利代理机构：	青岛联智专利商标事务所有限公司 37101	代理人：	邵新华
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内容摘要

本发明公开了一种海水中营养盐含量的测定方法，针对样品溶液中待检测的营养盐类别，选用不同类型的显色剂显色后，利用不同波长的光源进行光照检测，生成电压曲线，用于吸光度值的计算；然后将计算出的吸光度值代入浓度计算公式，便可计算出待测样品溶液中的营养盐含量，测量过程方便快捷，大大缩短了测试时间。同时，在确定浓度计算公式中各系数的具体取值时，通过采用已知浓度的标准样品溶液，选用与被测样品溶液在实际测试过程中相同的显色剂和光源进行相同的测定步骤，进而反推出各系数的具体取值，用于待测样品溶液的浓度计算。这种系数选定方法相比传统使用经验值的设计方法，其计算结果更加准确，显著提高了营养盐含量测定过程的可靠性。

权利要求书

权利要求书
1.  一种海水中营养盐含量的测定方法，包括以下过程：
a、针对待测定的营养盐类别S，选定发射特定波长λ的光源照射样品溶液；
b、利用光电探测器接收通过样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V1；
c、选取电压曲线V1中t1时间段内的电压值，计算t1时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y1；
d、在样品溶液中加入显色剂，充分混合形成混合溶液；
e、利用所述光源照射混合溶液，通过所述混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V2；
f、选取电压曲线V2中t2时间段内的电压值，计算t2时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y2；
g、计算样品溶液中类别为S的营养盐浓度x：                                               ；其中，a、b为系数。

2.  根据权利要求1所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：所述系数a、b的取值方法为：
a0、利用所述光源照射标准样品溶液，所述标准样品溶液中类别为S的营养盐的浓度已知，记为x0；
b0、利用光电探测器接收通过标准样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成标准样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V3；
c0、选取电压曲线V3中t1时间段内的电压值，计算t1时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y01；
d0、在标准样品溶液中加入所述的显色剂，充分混合形成标准混合溶液；
e0、利用所述光源照射标准混合溶液，通过所述标准混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成标准混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V4；
f0、选取电压曲线V4中t2时间段内的电压值，计算t2时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y02；
g0、选用至少两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤a0-f0，利用方程，计算出系数a、b的值。

3.   根据权利要求2所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在计算所述系数a、b的过程中，选用多组已知浓度的标准样品溶液，对应生成多组方程，利用最小二乘法计算得出系数a、b的最终值。

4.   根据权利要求2所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在形成所述电压曲线V1、V2、V3和V4之后，还分别包括对所形成的电压曲线V1、V2、V3和V4进行去噪处理的过程。

5.   根据权利要求4所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：所述去噪处理的过程为：
首先，对所形成的电压曲线V1、V2、V3或V4进行平滑处理；
然后，利用一维小波变换方法去除掉电压曲线V1、V2、V3或V4中的噪点。

6.   根据权利要求书2所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行光照检测之前，还分别包括对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行加热，并维持各种溶液温度恒定的过程。

7.   根据权利要求书2所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在所述电压曲线V3中选取t1时间段的起始时刻与在所述电压曲线V1中选取t1时间段的起始时刻相同；在所述电压曲线V4中选取t2时间段的起始时刻与在所述电压曲线V2中选取t2时间段的起始时刻相同。

8.   根据权利要求1至7中任一项所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在计算吸光度值yi的过程中，若选用的光照射到溶液上后，使照射后的溶液发射荧光时，则利用光电探测器接收通过溶液发射出的荧光，此时吸光度值yi=选定时间段内的电压平均值；若选用的光在照射到溶液上后，未产生荧光，则利用光电探测器接收所述光穿过溶液后透射输出的光，此时吸光度值yi=ln（选定时间段内的电压平均值）。

9.   根据权利要求书8所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：当利用所述光电探测器接收通过溶液发射出的荧光时，将光电探测器布设在与光源垂直的位置，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直；当利用所述光电探测器接收穿过溶液透射输出的光时，将光电探测器与光源布设在同一水平线上，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头位于同一水平线上。

10.   根据权利要求书1至7中任一项所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：
当待测定的营养盐类别S为亚硝酸盐时，选用λ=530nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥6500mS；在加入显色剂时，首先加入磺胺-盐酸溶液，之后加入盐酸萘乙二胺水溶液；
当待测定的营养盐类别S为硝酸盐时，选用λ=540nm的光源进行光照检测，且选取t1≥60000mS，t2≥20000mS；在加入显色剂时，首先加入三羟甲基氨基甲烷水溶液，之后加入磺胺-盐酸溶液，最后加入盐酸萘乙二胺水溶液；
当待测定的营养盐类别S为硅酸盐时，选用λ=810nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥5000mS；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵-硫酸水溶液，之后加入柠檬酸-酒石酸锑钾水溶液，最后加入抗坏血酸水溶液；
当待测定的营养盐类别S为磷酸盐时，选用λ=880nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥5000mS；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵-酒石酸锑钾-硫酸水溶液，之后加入抗坏血酸水溶液；
当待测定的营养盐类别S为铵盐时，选用λ=360nm的光源进行光照检测，使照射后的溶液发射410nm的荧光，且选取t1≥20000mS，t2≥30000mS，所选用的显色剂为邻苯二甲醛水溶液。

说明书

说明书一种海水中营养盐含量的测定方法
技术领域
本发明属于海洋环境监测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测海水中不同营养盐含量的测定方法。
背景技术
现今的海水营养盐测试主要采用流动注射分析（Flow injection analysis, FIA）技术实现溶液自动在线处理及测定，具有测定时间短、试剂用量少、价格低廉、结构简单、易于小型化等优点。应用该技术的海水营养盐测定系统具有基于三相阀和蠕动泵的水路系统、基于光纤和流通池的水路系统、基于单片机的控制系统、信号处理和数据分析系统。不同类别的营养盐测定依赖这些系统进行进样、试剂检测、冲洗、数据采集、处理和分析。海水中营养盐测试的软件系统就是通过有效的组织各个子系统达到营养盐数据的采集和分析测定的。
目前，海洋技术越来越趋向于多要素的长期和同步监测，不仅要考虑特殊的工作环境和长期运行要求，还要考虑营养盐类别的数量、特点和数据处理方法等，这使得海洋监测数据的采集、存储和处理任务日益繁重并提高了要求。现有用于检测海水中营养盐含量的方法普遍存在测试时间长、测量结果精确度不高等问题，并且在项目开发过程中会产生人力和物力的重复性损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水中营养盐含量的测定方法，在较短的测试周期内即可完成对营养盐含量的高精度测定。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种海水中营养盐含量的测定方法，包括以下过程：
a、针对待测定的营养盐类别S，选定发射特定波长λ的光源照射样品溶液；
b、利用光电探测器接收通过样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V1；
c、选取电压曲线V1中t1时间段内的电压值，计算t1时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y1；
d、在样品溶液中加入显色剂，充分混合形成混合溶液；
e、利用所述光源照射混合溶液，通过所述混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V2；
f、选取电压曲线V2中t2时间段内的电压值，计算t2时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y2；
g、计算样品溶液中类别为S的营养盐浓度x：                                               ；其中，a、b为系数。
进一步的，所述系数a、b的取值方法为：
a0、利用所述光源照射标准样品溶液，所述标准样品溶液中类别为S的营养盐的浓度已知，记为x0；
b0、利用光电探测器接收通过标准样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成标准样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V3；
c0、选取电压曲线V3中t1时间段内的电压值，计算t1时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y01；
d0、在标准样品溶液中加入所述的显色剂，充分混合形成标准混合溶液；
e0、利用所述光源照射标准混合溶液，通过所述标准混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成标准混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线V4；
f0、选取电压曲线V4中t2时间段内的电压值，计算t2时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值y02；
g0、选用至少两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤a0-f0，利用方程，计算出系数a、b的值。
为了提高系数a、b取值的准确性，在计算所述系数a、b的过程中，选用多组已知浓度的标准样品溶液，对应生成多组方程，利用最小二乘法计算得出系数a、b的最终值。
为了进一步提高营养盐含量测量结果的准确性，在形成所述电压曲线V1、V2、V3和V4之后，还分别包括对所形成的电压曲线V1、V2、V3和V4进行去噪处理的过程。
进一步的，所述去噪处理的过程为：
首先，对所形成的电压曲线V1、V2、V3或V4进行平滑处理；
然后，利用一维小波变换方法去除掉电压曲线V1、V2、V3或V4中的噪点。
又进一步的，在对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行光照检测之前，还分别包括对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行加热，并维持各种溶液温度恒定的过程。
再进一步的，在所述电压曲线V3中选取t1时间段的起始时刻与在所述电压曲线V1中选取t1时间段的起始时刻相同；在所述电压曲线V4中选取t2时间段的起始时刻与在所述电压曲线V2中选取t2时间段的起始时刻相同。
优选的，在计算吸光度值yi的过程中，若选用的光照射到溶液上后，使照射后的溶液发射荧光时，则利用光电探测器接收通过溶液发射出的荧光，此时吸光度值yi=选定时间段内的电压平均值；若选用的光在照射到溶液上后，未产生荧光，则利用光电探测器接收所述光穿过溶液后透射输出的光，此时吸光度值yi=ln（选定时间段内的电压平均值）。
在利用所述光电探测器接收通过溶液发射出的荧光时，为了减少光电探测器将穿过溶液、入射波长为λ的光一并接收，本发明优选将光电探测器布设在与光源垂直的位置，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直，避免入射波长为λ的光穿过溶液后射入到所述的光电探测器中；当利用所述光电探测器接收穿过溶液透射输出的光时，将光电探测器与光源布设在同一水平线上，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头位于同一水平线上，使直线传输的光可以直接入射到所述的光电探测器中，实现光信号到电信号的有效接收和准确转换。
优选的，当待测定的营养盐类别S为亚硝酸盐时，选用λ=530nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥6500mS；在加入显色剂时，首先加入磺胺-盐酸溶液，之后加入盐酸萘乙二胺水溶液；
当待测定的营养盐类别S为硝酸盐时，选用λ=540nm的光源进行光照检测，且选取t1≥60000mS，t2≥20000mS；在加入显色剂时，首先加入三羟甲基氨基甲烷水溶液，之后加入磺胺-盐酸溶液，最后加入盐酸萘乙二胺水溶液；
当待测定的营养盐类别S为硅酸盐时，选用λ=810nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥5000mS；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵-硫酸水溶液，之后加入柠檬酸-酒石酸锑钾水溶液，最后加入抗坏血酸水溶液；
当待测定的营养盐类别S为磷酸盐时，选用λ=880nm的光源进行光照检测，且选取t1≥30000mS，t2≥5000mS；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵-酒石酸锑钾-硫酸水溶液，之后加入抗坏血酸水溶液；
当待测定的营养盐类别S为铵盐时，选用λ=360nm的光源进行光照检测，使照射后的溶液发射410nm的荧光，且选取t1≥20000mS，t2≥30000mS，所选用的显色剂为邻苯二甲醛水溶液。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明针对样品溶液中待检测的营养盐类别，选用不同类型的显色剂和不同波长的光源进行光照检测，生成电压曲线，用于吸光度值的计算；然后将计算出的吸光度值代入预设的浓度计算公式，便可方便地计算出待测样品溶液中的营养盐含量，测量过程方便快捷，大大缩短了测试时间。此外，本发明在确定浓度计算公式中各系数的具体取值时，采用已知浓度的标准样品溶液，选用与被测样品溶液在实际测试过程中相同的显色剂和光源，进行相同的测定步骤，进而反推出各系数的具体取值，用于待测样品溶液的浓度计算。这种系数选定方法相比传统使用经验值的设计方法，其计算结果无疑会更加准确。由于整个测试过程都可以在现有的测定装置中自动完成，不受人为因素的影响，因此可以显著提高营养盐含量测定过程的便利性和可靠性。该测定方法可以直接地灵活应用于各种海洋监测项目中，不仅避免了项目开发过程中对人力和物力的重复性损耗，而且形成的专业优势和高性能系统能够确保数据采集、处理和控制更加系统、高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 是本发明所提出的海水中营养盐含量测定方法的一种实施例的测量流程图；
图2是确定浓度计算公式中系数a、b取值的一种实施例的取值方法流程图；
图3 是用于测量样品溶液中营养盐含量所使用的一种测定装置的系统架构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，本实施例为了实现对海水中营养盐含量的检测，提出以下测定过程，结合图1所示：
S101、将待测的样品溶液注入流通池；
在本实施例中，以对流通池中的样品溶液进行光照检测为例进行说明。若需要在其他容器中进行样品溶液的测定，则可以将样品溶液注入相应的容器，本实施例对此不进行具体限制。
S102、针对当前要测定的营养盐类别S，确定适合的光照波长λ；选择能发射所述特定波长λ光的光源，对流通池中的样品溶液进行照射。
由于不同种类的营养盐显色后，对不同波长的光表现为不同的摩尔吸光度。例如：亚硝酸盐NO2溶液显色后，在530nm波长处，具有较强的摩尔吸光度；硅酸盐SiO3溶液显色后，在810nm波长处，具有较强的摩尔吸光度；磷酸盐PO4溶液显色后，在880nm波长处，具有较强的摩尔吸光度；等等。因此，利用不同种类的营养盐所特有的吸光特性，有针对性地选择不同波长的光对样品溶液进行照射，可以提高测量结果的准确度。
在本实施例中，优选采用高亮度的LED作为光源，发射所需波长λ的光，对流通池中的样品溶液进行光照检测。
S103、利用光电探测器接收通过样品溶液射出的光，并将接收到的光转换成电压信号输出至处理器。
在本实施例中，通过光电探测器接收的光可以分成以下两种情况：
一种是，当通过LED光源照射到样品溶液中的光，在照射了样品溶液后，若形成了荧光发射出来，则此时通过光电探测器应接收通过样品溶液发出的荧光，而不是穿过样品溶液透射输出的波长为λ的光。由于通过LED光源发射的光沿直线传播，穿过样品溶液后仍沿直线透射输出。为了避免光电探测器接收到所述透射输出的光，本实施例在布设LED光源和光电探测器时，优选将二者垂直布设，即：使LED光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直，例如将LED光源布设在流通池的左侧或者右侧，而将光电探测器布设在流通池的上方或者下方，以避免通过LED光源发射输出的光穿过样品溶液后射入到光电探测器中。
另一种是，当通过LED光源照射到样品溶液中的光，在照射了样品溶液后，没有生成荧光，则此时应该利用光电探测器接收穿过样品溶液透射输出的光，即波长为λ的光。由于通过LED光源发射的光沿直线传播，穿过样品溶液后仍沿直线透射输出，因此可以将光电探测器布设在与LED光源同一水平线的位置上，即：使LED光源的光发射头与光电探测器的光接收头位于同一水平线上，例如，可以将LED光源和光电探测器分别布设在流通池的相对两侧，比如一个布设在流通池的左侧，一个布设在流通池的右侧；或者一个布设在流通池的上方，一个布设在流通池的下方，从而使通过LED光源发射输出的光线能够穿过样品溶液后，准确地射入到光电探测器中，实现光电探测器对光信号的准确接收。
S104、处理器根据接收电压信号的时间以及各采样时间所接收到的电压信号的幅值，生成电压值与采样时间对应关系的电压曲线V1。
在本实施例中，为了进一步提高测量精度，在生成电压曲线V1后，最好先对电压曲线V1进行去噪处理，以降低干扰信号对测量结果产生的影响。
作为本实施例的一种优选设计方案，在对电压曲线V1进行去噪处理的过程中，可以首先对电压曲线V1进行平滑处理，以生成平滑的电压波形；然后利用一维小波变换法对平滑的电压波形进行去噪处理，以滤除掉干扰噪点。
S105、结合电压曲线V1，选取第一时间段t1内各采样点的电压值，计算出第一时间段t1的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出待测样品溶液的吸光度值y1。
在本实施例中，对于吸光度值y1的计算，可以选用两种方式：若通过光电探测器接收的是通过样品溶液发出的荧光，则吸光度值y1=第一时间段t1的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是LED光源发射的波长为λ的光穿过样品溶液透射输出的光，则吸光度值y1=ln（第一时间段t1的电压平均值）。
S106、在待测的样品溶液中加入显色剂，待显色剂与待测的样品溶液充分混合后，对所形成的混合溶液进行光照检测。
在本实施例中，针对当前要检测的营养盐类别S，选择特定的显色剂加入待测的样品溶液，例如：若检测海水样品溶液中的亚硝酸盐NO2含量，则可选用磺胺-盐酸溶液和盐酸萘乙二胺水溶液作为显色剂；若检测海水样品溶液中的铵盐NH4含量，则可选用邻苯二甲醛水溶液作为显色剂（所述邻苯二甲醛水溶液也是一种荧光试剂）；等等。待显色剂与待测的样品溶液充分混合后，利用上述选定波长λ的LED光源照射所述的混合溶液。
S107、利用光电探测器接收通过混合溶液发出的光，并转换成电压信号输出至处理器，以生成电压与时间对应关系的电压曲线V2。
在此步骤中，若LED光源发射的光照射到混合溶液后，混合溶液发出荧光，则通过光电探测器接收混合溶液发出的荧光；若通过LED光源发射的光在照射到混合溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过混合溶液透射输出的波长为λ的光。
S108、结合电压曲线V2，选取第二时间段t2内各采样点的电压值，计算出第二时间段t2的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出混合溶液的吸光度值y2。
在本实施例中，对于吸光度值y2的计算，仍然可以根据光电探测器接收到的光类型，选用不同的计算方法。即：若通过光电探测器接收的是通过混合溶液发出的荧光，则吸光度值y2=第二时间段t2的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是LED光源发射的波长为λ的光穿过混合溶液透射输出的光，则吸光度值y2=ln（第二时间段t2的电压平均值）。
S109、将计算出的吸光度值y1、y2代入下述计算公式，计算出待测样品溶液中类型为S的营养盐的浓度x，即：
                         （1）；
其中，a、b为系数。所述系数a、b的取值可以选用经验值，代入上述计算公式（1），即可计算出待测海水样品溶液中，类别为S的营养盐在所述海水样品溶液中的含量。
为了保证在不同的外界测量条件下，流通池中的各种溶液（样品溶液或者混合溶液）在进行光照检测的过程中能够保持在同一温度下，并且在样品溶液中加入显色剂时，能够促进样品溶液与显色剂发生化学反应，加快反应速度，优选在测试开始之前，即上述步骤S101之后，首先对待测的样品溶液进行加热，并在整个测试过程中维持流通池中的样品溶液或者混合溶液的温度恒定，以保证测试条件一致。
当所述系数a、b选用经验值时，由于测试条件不同，选用经验值代入公式（1）计算出来的营养盐含量，其结果的准确度可能不会太高。因此，为了进一步提高测定结果的准确性，对于系数a、b的取值，本实施例提出以下取值方式，结合图2所示，包括以下过程：
S201、将已知浓度的标准样品溶液注入流通池；
在本实施例中，所述标准样品溶液中类别为S的营养盐的浓度已知，记为x0。
S202、使用相同的LED光源对所述的标准样品溶液进行照射；
在这里，所述相同的LED光源即指前述步骤S102中所使用的发射λ波长光的LED光源，即利用实际测定过程中所选用的LED光源照射标准样品溶液。
S203、利用光电探测器接收通过标准样品溶液输出的光，并转换成电压信号，输出至处理器。
在这里，若通过LED光源发射的光线照射到标准样品溶液上时，样品溶液发出荧光，则通过光电探测器接收标准样品溶液发出的荧光；若通过LED光源发射的光在照射到标准样品溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过标准样品溶液透射输出的波长为λ的光。
S204、处理器根据接收到的电压信号的幅值及接收时间，生成电压与时间对应关系的电压曲线V3。
S205、对电压曲线V3进行去噪处理；
在此步骤中，可以首先对电压曲线V3进行平滑处理，然后利用一维小波变换法去除掉电压波形中的干扰噪点，以实现对电压曲线V3的去噪处理。
S206、结合电压曲线V3，选取第一时间段t1内各采样点的电压值，计算出第一时间段t1的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出标准样品溶液的吸光度值y01。
为了提高测定精度，在所述电压曲线V3中选取第一时间段t1的起始时刻时，最好与在步骤S105中选取电压曲线V1的第一时间段t1的起始时刻相同，通过选择相同的取样起始时刻和取样时间t1，以最大限度的接近实际测试条件，由此确定出来的系数a、b的取值无疑会更加准确。
此外，在计算标准样品溶液的吸光度值y01时，若通过光电探测器接收的是通过标准样品溶液发出的荧光，则吸光度值y01为电压曲线V3中第一时间段t1的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是穿过标准样品溶液透射输出的波长为λ的光时，则吸光度值y01=ln（电压曲线V3中第一时间段t1的电压平均值）。
S207、在标准样品溶液中加入显色剂，待显色剂与标准样品溶液充分混合后，对所形成的标准混合溶液进行光照检测。
在这里，所述显色剂应选择与步骤S106中相同的显色剂，即使用与实际测试过程中相同的显色剂加入到标准样品溶液中。
S208、利用光电探测器接收通过标准混合溶液发出的光，并转换成电压信号输出至处理器，以生成电压与时间对应关系的电压曲线V4。
同样的，在此步骤中，若LED光源发射的光照射到标准混合溶液上后，激发标准混合溶液发射荧光，则通过光电探测器接收通过标准混合溶液发出的荧光；若通过LED光源发射的光线在照射到标准混合溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过标准混合溶液透射输出的波长为λ的光。
S209、结合电压曲线V4，选取第二时间段t2内各采样点的电压值，计算出第二时间段t2的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出标准混合溶液的吸光度值y02。
与步骤S206相同，对于吸光度值y02的计算，仍然可以根据光电探测器接收到的光类型，选用不同的计算方法。即：若通过光电探测器接收的是通过标准混合溶液发出的荧光，则吸光度值y02=电压曲线V4中第二时间段t2的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是穿过标准混合溶液透射输出的光，则吸光度值y02=ln（电压曲线V4中第二时间段t2的电压平均值）。
S210、建立系数a、b的计算方程：
                       （2）。
选用两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤S201-S210，建立起关于系数a、b的两个方程：，构成方程组，由此便可计算出系数a、b的取值。
在本实施例中，为了提高系数a、b取值的准确度，优选采用多组已知浓度的标准样品溶液，重复执行上述步骤S201-S210，由此便可形成多组方程，然后利用最小二乘法确定出系数a、b的最终取值，并代入营养盐的浓度计算公式（1），由此便可准确地计算出待测样品溶液中，类别为S的营养盐的浓度x。
本实施例针对同一类别的营养盐，选用已知浓度的标准样品溶液和实际测定过程中相同的显色剂，完全按照实际的测定步骤执行一遍，计算出标准样品溶液的吸光度值y01和标准混合溶液的吸光度值y02，代入浓度计算公式（2），利用已知浓度x0和计算出的吸光度值y01、y02反推出系数a、b的取值，由于被测对象相同，实验条件相同，因此获得的系数a、b的取值更趋于真实。将通过实验获得的系数a、b代入营养盐浓度计算公式（1），由此计算出来的待测样品溶液中该种类别S的营养盐的含量无疑会更加精确。
更换流通池中的标准样品溶液，并针对待检测的下一种营养盐类别，选择合适的LED光源和显色剂，重复执行上述步骤S201-S210，确定出系数a、b的取值；然后，在流通池中重新注入待测的样品溶液，重复执行上述步骤S101-S109，计算出待测样品溶液中下一种类别的营养盐含量。
为了避免人为因素对测定结果产生影响，本实施例优选在营养盐测定系统中自动完成整个测定过程，结合图3所示。本实施例分别以测定海水中五种类别的营养盐：亚硝酸盐NO2、硅酸盐SiO3、磷酸盐PO4、铵盐NH4和硝酸盐NO3为例进行举例说明。
（1）测定海水样品溶液中亚硝酸盐NO2的含量
首先，控制营养盐测定系统中各三通阀F1-F6接通其默认通路①，启动蠕动泵M将待测的海水样品溶液吸入水路系统，并开启布设在水路系统中的加热盘管1，对水路中的海水样品溶液进行加热，并保持溶液的温度恒定。
其次，关闭三通阀F6和蠕动泵M，将海水样品溶液封存在流通池3中；选用波长λ=530nm的LED光源4照射流通池3中的海水样品溶液，并开启光电探测器5接收穿过海水样品溶液透射输出的光，进而转换成电压信号输出至处理器，以生成海水样品溶液所对应的电压曲线V1。
其三、开启三通阀F2，切换至通路②，启动蠕动泵M吸取第一种显色剂：磺胺-盐酸溶液，在所述磺胺-盐酸溶液中，磺胺的质量百分数为1~4%，盐酸的浓度为1~2mol/L；然后，关闭三通阀F2，开启三通阀F3，并切换至通路②，吸取第二种显色剂：盐酸萘乙二胺水溶液，在所述盐酸萘乙二胺水溶液中，盐酸萘乙二胺的质量百分数为0.2-0.5%；关闭三通阀F3。两种显色剂依次进入水路系统，与海水样品溶液混合，经由加热盘管1加热后，进入反应盘管2反应、显色。显色后的溶液进入流通池3后待测定。
其四，关闭蠕动泵M，再次启动波长λ=530nm的LED光源4照射流通池3中的混合溶液，并开启光电探测器5接收穿过混合溶液透射输出的光，进而转换成电压信号输出至处理器，以生成混合溶液所对应的电压曲线V2。
其五，选取电压曲线V1中第一时间段t1（所述t1≥30000mS）内的电压值，计算吸光度值y1=ln（电压曲线V1中第一时间段t1的电压平均值）；选取电压曲线V2中第二时间段t2（所述t1≥6500mS）内的电压值，计算吸光度值y2=ln（电压曲线V2中第二时间段t2的电压平均值），将y1、y2代入营养盐浓度计算公式（1），计算出海水样品溶液中亚硝酸盐NO2的含量x。
最后，关闭加热盘管1，开启三通阀F1、F6，并切换至通路②，启动蠕动泵M吸取清洗液，排出废液，清洗水路系统和流通池3。
待清洗完毕后，关闭蠕动泵M和三通阀F1、F6。
再次启动蠕动泵M，便可重新吸取海水样品溶液进行下一类别营养盐的测定。
对于硅酸盐SiO3、磷酸盐PO4、铵盐NH4和硝酸盐NO3的测定过程，同上述亚硝酸盐NO2的测定过程，只是在选取LED光源4和显色剂时略有不同，具体为：
当对海水样品溶液中的硅酸盐SiO3的含量进行测定时，最好选用波长λ=810nm的LED光源4进行光照检测。在加入显色剂形成混合溶液时，首先开启三通阀F2，切换至通路②，吸取第一种显色剂：钼酸铵-硫酸水溶液，其中钼酸铵的质量百分数为2～5%，硫酸的浓度为0.2～1mol/L；关闭三通阀F2；开启三通阀F3，切换至通路②，吸取第二种显色剂：柠檬酸-酒石酸锑钾水溶液，其中柠檬酸的质量百分数为10～30%，酒石酸锑钾的质量百分数为0.05～0.2%；关闭三通阀F3；开启三通阀F4，切换至通路②，吸取第三种显色剂：抗坏血酸水溶液，其中抗坏血酸的质量百分数为1-3%；关闭三通阀F4。此外，在选取时间段时，第一时间段t1最好大于等于30000mS，第二时间段t2最好大于等于5000mS。
当对海水样品溶液中的磷酸盐PO4的含量进行测定时，最好选用波长λ=880nm的LED光源4进行光照检测。在加入显色剂形成混合溶液时，首先开启三通阀F2，切换至通路②，吸取第一种显色剂：钼酸铵-酒石酸锑钾-硫酸水溶液，其中钼酸铵的质量百分数为0.5~2%，酒石酸锑钾的质量百分数为0.02~0.1%，硫酸的浓度为1～3mol/L；关闭三通阀F2；开启三通阀F3，切换至通路②，吸取第二种显色剂：抗坏血酸水溶液，其中抗坏血酸的质量百分数为1-3%；关闭三通阀F3。此外，在选取时间段时，第一时间段t1最好大于等于30000mS，第二时间段t2大于等于5000mS。
当对海水样品溶液中的硝酸盐NO3的含量进行测定时，最好选用波长λ=530nm的LED光源4进行光照检测。在加入显色剂形成混合溶液时，首先开启三通阀F2，切换至通路②，吸取第一种显色剂：三羟甲基氨基甲烷水溶液，其中三羟甲基氨基甲烷的质量百分数为10-20%；关闭三通阀F2；开启三通阀F3，切换至通路②，吸取第二种显色剂：磺胺-盐酸溶液，其中磺胺的质量百分数为1~4%，盐酸的浓度为1~2mol/L；关闭三通阀F3；开启三通阀F4，切换至通路②，吸取第三种显色剂：盐酸萘乙二胺水溶液，其中盐酸萘乙二胺的质量百分数为0.2-0.5%；关闭三通阀F4。此外，在选取时间段时，第一时间段t1最好大于等于60000mS，第二时间段t2最好大于等于20000mS。
当对海水样品溶液中的铵盐NH4的含量进行测定时，最好选用波长λ=360nm的紫外LED光源进行光照检测，并选用邻苯二甲醛水溶液为显色剂，其中邻苯二甲醛的质量百分数为0.5-2%。在选取时间段时，第一时间段t1最好大于等于20000mS，第二时间段t2最好大于等于30000mS。当选用波长λ=360nm的紫外LED光源4对海水样品溶液和混合溶液进行照射时，会激发海水样品溶液和混合溶液发出荧光，此时应调整光电检测器5的布设位置，使其与LED光源4的布设位置垂直，仅接收通过海水样品溶液和混合溶液发出荧光，而不接收穿过海水样品溶液或混合溶液透射输出的紫外光，以提高测试的精确度。
当然，以上测定方法同样适用于其他类型营养盐的测定过程，本实施例并不仅限于以上举例。
需要指出的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103712935 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103712935 A (21)申请号 201410024814.9 (22)申请日 2014.01.20 G01N 21/31(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (71)申请人山东省科学院海洋仪器仪表研究所地址 266001 山东省青岛市市南区浙江路 28 号 (72)发明人程岩王洪亮吴丙伟吴宁张述伟杨小满马然褚东至曹煊张颖张颖颖刘东彦陈朝贵张国华高杨王茜吕婧范萍萍曹璐张婷石小梅王昭玉郭翠莲侯广利刘岩 (74)专利代理。

2、机构青岛联智专利商标事务所有限公司 37101 代理人邵新华 (54) 发明名称一种海水中营养盐含量的测定方法 (57) 摘要本发明公开了一种海水中营养盐含量的测定方法，针对样品溶液中待检测的营养盐类别，选用不同类型的显色剂显色后，利用不同波长的光源进行光照检测，生成电压曲线，用于吸光度值的计算；然后将计算出的吸光度值代入浓度计算公式，便可计算出待测样品溶液中的营养盐含量，测量过程方便快捷，大大缩短了测试时间。同时，在确定浓度计算公式中各系数的具体取值时，通过采用已知浓度的标准样品溶液，选用与被测样品溶液在实际测试过程中相同的显色剂和光源进。

3、行相同的测定步骤，进而反推出各系数的具体取值，用于待测样品溶液的浓度计算。这种系数选定方法相比传统使用经验值的设计方法，其计算结果更加准确，显著提高了营养盐含量测定过程的可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 9 页附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书9页附图3页 (10)申请公布号 CN 103712935 A CN 103712935 A 1/2 页 2 1. 一种海水中营养盐含量的测定方法，包括以下过程： a、针对待测定的营养盐类别 S，选定发射特定波长的光源照射样品溶液；。

4、b、利用光电探测器接收通过样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V1 ； c、选取电压曲线 V1 中 t1 时间段内的电压值，计算 t1 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y1； d、在样品溶液中加入显色剂，充分混合形成混合溶液； e、利用所述光源照射混合溶液，通过所述混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V2 ； f、选取电压曲线 V2 中 t2 时间段内的电压值，计算 t2 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值。

5、y2； g、计算样品溶液中类别为 S 的营养盐浓度 x ：；其中， a、 b 为系数。 2. 根据权利要求 1 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：所述系数 a、 b 的取值方法为： a0、利用所述光源照射标准样品溶液，所述标准样品溶液中类别为 S 的营养盐的浓度已知，记为 x0； b0、利用光电探测器接收通过标准样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成标准样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V3 ； c0、选取电压曲线 V3 中 t1 时间段内的电压值，计算 t1 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y01； d0、在标。

6、准样品溶液中加入所述的显色剂，充分混合形成标准混合溶液； e0、利用所述光源照射标准混合溶液，通过所述标准混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成标准混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V4 ； f0、选取电压曲线 V4 中 t2 时间段内的电压值，计算 t2 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y02； g0、选用至少两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤 a0-f0，利用方程，计算出系数 a、 b 的值。 3. 根据权利要求 2 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在计算所述系数a、 b的过程中，。

7、选用多组已知浓度的标准样品溶液，对应生成多组方程，利用最小二乘法计算得出系数 a、 b 的最终值。 4. 根据权利要求 2 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在形成所述电压曲线 V1、 V2、 V3 和 V4 之后，还分别包括对所形成的电压曲线 V1、 V2、 V3 和 V4 进行去噪处理的过程。 5. 根据权利要求 4 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：所述去噪处理的过程为：首先，对所形成的电压曲线 V1、 V2、 V3 或 V4 进行平滑处理；权利要求书 CN 103712935 A 2 2/2 页 3 然后，利用一维小。

8、波变换方法去除掉电压曲线 V1、 V2、 V3 或 V4 中的噪点。 6. 根据权利要求书 2 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行光照检测之前，还分别包括对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行加热，并维持各种溶液温度恒定的过程。 7. 根据权利要求书 2 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在所述电压曲线 V3 中选取 t1 时间段的起始时刻与在所述电压曲线 V1 中选取 t1 时间段的起始时刻相同；在所述电压曲线 V4 中选取 t2 时间段的起始时刻与在所述。

9、电压曲线 V2 中选取 t2 时间段的起始时刻相同。 8. 根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：在计算吸光度值 yi的过程中，若选用的光照射到溶液上后，使照射后的溶液发射荧光时，则利用光电探测器接收通过溶液发射出的荧光，此时吸光度值 yi= 选定时间段内的电压平均值；若选用的光在照射到溶液上后，未产生荧光，则利用光电探测器接收所述光穿过溶液后透射输出的光，此时吸光度值 yi=ln（选定时间段内的电压平均值）。 9. 根据权利要求书 8 所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：当利用所述光电探测器接收通过。

10、溶液发射出的荧光时，将光电探测器布设在与光源垂直的位置，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直；当利用所述光电探测器接收穿过溶液透射输出的光时，将光电探测器与光源布设在同一水平线上，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头位于同一水平线上。 10. 根据权利要求书 1 至 7 中任一项所述的海水中营养盐含量的测定方法，其特征在于：当待测定的营养盐类别 S 为亚硝酸盐时，选用 =530nm 的光源进行光照检测，且选取 t1 30000mS， t2 6500mS ；在加入显色剂时，首先加入磺胺 - 盐酸溶液，之后加入盐酸萘乙二胺水溶液；当待测。

11、定的营养盐类别 S 为硝酸盐时，选用 =540nm 的光源进行光照检测，且选取 t160000mS， t220000mS ；在加入显色剂时，首先加入三羟甲基氨基甲烷水溶液，之后加入磺胺 - 盐酸溶液，最后加入盐酸萘乙二胺水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为硅酸盐时，选用 =810nm 的光源进行光照检测，且选取 t1 30000mS， t2 5000mS ；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵 - 硫酸水溶液，之后加入柠檬酸 - 酒石酸锑钾水溶液，最后加入抗坏血酸水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为磷酸盐时，选用 =880nm 的光源进行光照检测，且选取 t1。

12、 30000mS， t2 5000mS ；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵 - 酒石酸锑钾 - 硫酸水溶液，之后加入抗坏血酸水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为铵盐时，选用 =360nm 的光源进行光照检测，使照射后的溶液发射 410nm 的荧光，且选取 t1 20000mS， t2 30000mS，所选用的显色剂为邻苯二甲醛水溶液。权利要求书 CN 103712935 A 3 1/9 页 4 一种海水中营养盐含量的测定方法技术领域 0001 本发明属于海洋环境监测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测海水中不同营养盐含量的测定方法。背景技术 0002。

13、现今的海水营养盐测试主要采用流动注射分析（Flow injection analysis, FIA）技术实现溶液自动在线处理及测定，具有测定时间短、试剂用量少、价格低廉、结构简单、易于小型化等优点。应用该技术的海水营养盐测定系统具有基于三相阀和蠕动泵的水路系统、基于光纤和流通池的水路系统、基于单片机的控制系统、信号处理和数据分析系统。不同类别的营养盐测定依赖这些系统进行进样、试剂检测、冲洗、数据采集、处理和分析。海水中营养盐测试的软件系统就是通过有效的组织各个子系统达到营养盐数据的采集和分析测定的。 0003 目前，海洋技术越来越趋向于多要素的长期和。

14、同步监测，不仅要考虑特殊的工作环境和长期运行要求，还要考虑营养盐类别的数量、特点和数据处理方法等，这使得海洋监测数据的采集、存储和处理任务日益繁重并提高了要求。现有用于检测海水中营养盐含量的方法普遍存在测试时间长、测量结果精确度不高等问题，并且在项目开发过程中会产生人力和物力的重复性损耗。发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种海水中营养盐含量的测定方法，在较短的测试周期内即可完成对营养盐含量的高精度测定。 0005 为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种海水中营养盐含量的测定方法，包括以下过程： a、针对待测定的营养盐类别 S，。

15、选定发射特定波长的光源照射样品溶液； b、利用光电探测器接收通过样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V1 ； c、选取电压曲线 V1 中 t1 时间段内的电压值，计算 t1 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y1； d、在样品溶液中加入显色剂，充分混合形成混合溶液； e、利用所述光源照射混合溶液，通过所述混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V2 ； f、选取电压曲线 V2 中 t2 时间段内的电压值，计算 t2 时间段的电压。

16、平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y2； g、计算样品溶液中类别为 S 的营养盐浓度 x ：；其中， a、 b 为系数。 0006 进一步的，所述系数 a、 b 的取值方法为：说明书 CN 103712935 A 4 2/9 页 5 a0、利用所述光源照射标准样品溶液，所述标准样品溶液中类别为 S 的营养盐的浓度已知，记为 x0； b0、利用光电探测器接收通过标准样品溶液发出的光，并转换成电压信号输出，形成标准样品溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V3 ； c0、选取电压曲线 V3 中 t1 时间段内的电压值，计算 t1 时间段的电压平均值，根据。

17、该电压平均值获得吸光度值 y01； d0、在标准样品溶液中加入所述的显色剂，充分混合形成标准混合溶液； e0、利用所述光源照射标准混合溶液，通过所述标准混合溶液发出的光经由光电探测器接收后，转换成电压信号输出，形成标准混合溶液所对应的电压与时间关系的电压曲线 V4 ； f0、选取电压曲线 V4 中 t2 时间段内的电压值，计算 t2 时间段的电压平均值，根据该电压平均值获得吸光度值 y02； g0、选用至少两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤 a0-f0，利用方程，计算出系数 a、 b 的值。 0007 为了提高系数a、 b取值的准确性，在计算所述系数。

18、a、 b的过程中，选用多组已知浓度的标准样品溶液，对应生成多组方程，利用最小二乘法计算得出系数 a、 b 的最终值。 0008 为了进一步提高营养盐含量测量结果的准确性，在形成所述电压曲线 V1、 V2、 V3 和 V4 之后，还分别包括对所形成的电压曲线 V1、 V2、 V3 和 V4 进行去噪处理的过程。 0009 进一步的，所述去噪处理的过程为：首先，对所形成的电压曲线 V1、 V2、 V3 或 V4 进行平滑处理；然后，利用一维小波变换方法去除掉电压曲线 V1、 V2、 V3 或 V4 中的噪点。 0010 又进一步的，在对所述样品溶液、混合溶液、标准样。

19、品溶液和标准混合溶液进行光照检测之前，还分别包括对所述样品溶液、混合溶液、标准样品溶液和标准混合溶液进行加热，并维持各种溶液温度恒定的过程。 0011 再进一步的，在所述电压曲线 V3 中选取 t1 时间段的起始时刻与在所述电压曲线 V1 中选取 t1 时间段的起始时刻相同；在所述电压曲线 V4 中选取 t2 时间段的起始时刻与在所述电压曲线 V2 中选取 t2 时间段的起始时刻相同。 0012 优选的，在计算吸光度值 yi的过程中，若选用的光照射到溶液上后，使照射后的溶液发射荧光时，则利用光电探测器接收通过溶液发射出的荧光，此时吸光度值 yi= 选定时间段内。

20、的电压平均值；若选用的光在照射到溶液上后，未产生荧光，则利用光电探测器接收所述光穿过溶液后透射输出的光，此时吸光度值 yi=ln（选定时间段内的电压平均值）。 0013 在利用所述光电探测器接收通过溶液发射出的荧光时，为了减少光电探测器将穿过溶液、入射波长为的光一并接收，本发明优选将光电探测器布设在与光源垂直的位置，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直，避免入射波长为的光穿过溶液后射入到所述的光电探测器中；当利用所述光电探测器接收穿过溶液透射输出的光时，将光电探测器与光源布设在同一水平线上，使光源的光发射头与光电探测器的光接收头位。

21、于同一水平线上，使直线传输的光可以直接入射到所述的光电探测器中，实现光说明书 CN 103712935 A 5 3/9 页 6 信号到电信号的有效接收和准确转换。 0014 优选的，当待测定的营养盐类别 S 为亚硝酸盐时，选用 =530nm 的光源进行光照检测，且选取 t1 30000mS， t2 6500mS ；在加入显色剂时，首先加入磺胺 - 盐酸溶液，之后加入盐酸萘乙二胺水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为硝酸盐时，选用 =540nm 的光源进行光照检测，且选取 t160000mS， t220000mS ；在加入显色剂时，首先加入三羟甲基氨基甲烷水溶。

22、液，之后加入磺胺 - 盐酸溶液，最后加入盐酸萘乙二胺水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为硅酸盐时，选用 =810nm 的光源进行光照检测，且选取 t1 30000mS， t2 5000mS ；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵 - 硫酸水溶液，之后加入柠檬酸 - 酒石酸锑钾水溶液，最后加入抗坏血酸水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为磷酸盐时，选用 =880nm 的光源进行光照检测，且选取 t1 30000mS， t2 5000mS ；在加入显色剂时，首先加入钼酸铵 - 酒石酸锑钾 - 硫酸水溶液，之后加入抗坏血酸水溶液；当待测定的营养盐类别 S 为铵盐时。

23、，选用 =360nm 的光源进行光照检测，使照射后的溶液发射 410nm 的荧光，且选取 t1 20000mS， t2 30000mS，所选用的显色剂为邻苯二甲醛水溶液。 0015 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明针对样品溶液中待检测的营养盐类别，选用不同类型的显色剂和不同波长的光源进行光照检测，生成电压曲线，用于吸光度值的计算；然后将计算出的吸光度值代入预设的浓度计算公式，便可方便地计算出待测样品溶液中的营养盐含量，测量过程方便快捷，大大缩短了测试时间。此外，本发明在确定浓度计算公式中各系数的具体取值时，采用已知浓度的标准样品溶液。

24、，选用与被测样品溶液在实际测试过程中相同的显色剂和光源，进行相同的测定步骤，进而反推出各系数的具体取值，用于待测样品溶液的浓度计算。这种系数选定方法相比传统使用经验值的设计方法，其计算结果无疑会更加准确。由于整个测试过程都可以在现有的测定装置中自动完成，不受人为因素的影响，因此可以显著提高营养盐含量测定过程的便利性和可靠性。该测定方法可以直接地灵活应用于各种海洋监测项目中，不仅避免了项目开发过程中对人力和物力的重复性损耗，而且形成的专业优势和高性能系统能够确保数据采集、处理和控制更加系统、高效。附图说明 0016 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中。

25、的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 0017 图 1 是本发明所提出的海水中营养盐含量测定方法的一种实施例的测量流程图；图 2 是确定浓度计算公式中系数 a、 b 取值的一种实施例的取值方法流程图；图 3 是用于测量样品溶液中营养盐含量所使用的一种测定装置的系统架构示意图。具体实施方式说明书 CN 103712935 A 6 4/9 页 7 0018 为使本发明实施例的目的、技术方。

26、案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 0019 实施例一，本实施例为了实现对海水中营养盐含量的检测，提出以下测定过程，结合图 1 所示： S101、将待测的样品溶液注入流通池；在本实施例中，以对流通池中的样品溶液进行光照检测为例进行说明。若需要在其他容器中进行样品溶液的测定，则可以将样品溶液注入相应的容器，本实施。

27、例对此不进行具体限制。 0020 S102、针对当前要测定的营养盐类别 S，确定适合的光照波长；选择能发射所述特定波长光的光源，对流通池中的样品溶液进行照射。 0021 由于不同种类的营养盐显色后，对不同波长的光表现为不同的摩尔吸光度。例如：亚硝酸盐 NO2溶液显色后，在 530nm 波长处，具有较强的摩尔吸光度；硅酸盐 SiO3溶液显色后，在 810nm 波长处，具有较强的摩尔吸光度；磷酸盐 PO4溶液显色后，在 880nm 波长处，具有较强的摩尔吸光度；等等。因此，利用不同种类的营养盐所特有的吸光特性，有针对性地选择不同波长的光对样。

28、品溶液进行照射，可以提高测量结果的准确度。 0022 在本实施例中，优选采用高亮度的LED作为光源，发射所需波长的光，对流通池中的样品溶液进行光照检测。 0023 S103、利用光电探测器接收通过样品溶液射出的光，并将接收到的光转换成电压信号输出至处理器。 0024 在本实施例中，通过光电探测器接收的光可以分成以下两种情况：一种是，当通过 LED 光源照射到样品溶液中的光，在照射了样品溶液后，若形成了荧光发射出来，则此时通过光电探测器应接收通过样品溶液发出的荧光，而不是穿过样品溶液透射输出的波长为的光。由于通过 LED 光源发射的光沿直线传播，穿过样品溶。

29、液后仍沿直线透射输出。为了避免光电探测器接收到所述透射输出的光，本实施例在布设 LED 光源和光电探测器时，优选将二者垂直布设，即：使 LED 光源的光发射头与光电探测器的光接收头在空间上相互垂直，例如将 LED 光源布设在流通池的左侧或者右侧，而将光电探测器布设在流通池的上方或者下方，以避免通过 LED 光源发射输出的光穿过样品溶液后射入到光电探测器中。 0025 另一种是，当通过 LED 光源照射到样品溶液中的光，在照射了样品溶液后，没有生成荧光，则此时应该利用光电探测器接收穿过样品溶液透射输出的光，即波长为的光。由于通过 LED 光源发射的光沿直。

30、线传播，穿过样品溶液后仍沿直线透射输出，因此可以将光电探测器布设在与LED光源同一水平线的位置上，即：使LED光源的光发射头与光电探测器的光接收头位于同一水平线上，例如，可以将 LED 光源和光电探测器分别布设在流通池的相对两侧，比如一个布设在流通池的左侧，一个布设在流通池的右侧；或者一个布设在流通池的上方，一个布设在流通池的下方，从而使通过 LED 光源发射输出的光线能够穿过样品溶液后，准确地射入到光电探测器中，实现光电探测器对光信号的准确接收。 0026 S104、处理器根据接收电压信号的时间以及各采样时间所接收到的电压信号的幅说明书 CN 。

31、103712935 A 7 5/9 页 8 值，生成电压值与采样时间对应关系的电压曲线 V1。 0027 在本实施例中，为了进一步提高测量精度，在生成电压曲线 V1 后，最好先对电压曲线 V1 进行去噪处理，以降低干扰信号对测量结果产生的影响。 0028 作为本实施例的一种优选设计方案，在对电压曲线 V1 进行去噪处理的过程中，可以首先对电压曲线 V1 进行平滑处理，以生成平滑的电压波形；然后利用一维小波变换法对平滑的电压波形进行去噪处理，以滤除掉干扰噪点。 0029 S105、结合电压曲线 V1，选取第一时间段 t1 内各采样点的电压值，计算出第一时间段。

32、t1 的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出待测样品溶液的吸光度值 y1。 0030 在本实施例中，对于吸光度值y1的计算，可以选用两种方式：若通过光电探测器接收的是通过样品溶液发出的荧光，则吸光度值 y1= 第一时间段 t1 的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是LED光源发射的波长为的光穿过样品溶液透射输出的光，则吸光度值 y1=ln（第一时间段 t1 的电压平均值）。 0031 S106、在待测的样品溶液中加入显色剂，待显色剂与待测的样品溶液充分混合后，对所形成的混合溶液进行光照检测。 0032 在本实施例中，针对当前要检测的营养盐类别 S，。

33、选择特定的显色剂加入待测的样品溶液，例如：若检测海水样品溶液中的亚硝酸盐 NO2含量，则可选用磺胺 - 盐酸溶液和盐酸萘乙二胺水溶液作为显色剂；若检测海水样品溶液中的铵盐NH4含量，则可选用邻苯二甲醛水溶液作为显色剂（所述邻苯二甲醛水溶液也是一种荧光试剂）；等等。待显色剂与待测的样品溶液充分混合后，利用上述选定波长的 LED 光源照射所述的混合溶液。 0033 S107、利用光电探测器接收通过混合溶液发出的光，并转换成电压信号输出至处理器，以生成电压与时间对应关系的电压曲线 V2。 0034 在此步骤中，若 LED 光源发射的光照射到混合溶液后，混合。

34、溶液发出荧光，则通过光电探测器接收混合溶液发出的荧光；若通过 LED 光源发射的光在照射到混合溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过混合溶液透射输出的波长为的光。 0035 S108、结合电压曲线 V2，选取第二时间段 t2 内各采样点的电压值，计算出第二时间段 t2 的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出混合溶液的吸光度值 y2。 0036 在本实施例中，对于吸光度值 y2的计算，仍然可以根据光电探测器接收到的光类型，选用不同的计算方法。即：若通过光电探测器接收的是通过混合溶液发出的荧光，则吸光度值 y2= 第二时间段 t2 的电压平。

35、均值；若通过光电探测器接收的光是 LED 光源发射的波长为的光穿过混合溶液透射输出的光，则吸光度值 y2=ln（第二时间段 t2 的电压平均值）。 0037 S109、将计算出的吸光度值 y1、 y2代入下述计算公式，计算出待测样品溶液中类型为 S 的营养盐的浓度 x，即：（1）；其中， a、 b 为系数。所述系数 a、 b 的取值可以选用经验值，代入上述计算公式（1），即可计算出待测海水样品溶液中，类别为 S 的营养盐在所述海水样品溶液中的含量。 0038 为了保证在不同的外界测量条件下，流通池中的各种溶液（样品溶液或者混合溶液）在进行光照检。

36、测的过程中能够保持在同一温度下，并且在样品溶液中加入显色剂时，能说明书 CN 103712935 A 8 6/9 页 9 够促进样品溶液与显色剂发生化学反应，加快反应速度，优选在测试开始之前，即上述步骤 S101 之后，首先对待测的样品溶液进行加热，并在整个测试过程中维持流通池中的样品溶液或者混合溶液的温度恒定，以保证测试条件一致。 0039 当所述系数 a、 b 选用经验值时，由于测试条件不同，选用经验值代入公式（1）计算出来的营养盐含量，其结果的准确度可能不会太高。因此，为了进一步提高测定结果的准确性，对于系数 a、 b 的取值，本实施例提出以。

37、下取值方式，结合图 2 所示，包括以下过程： S201、将已知浓度的标准样品溶液注入流通池；在本实施例中，所述标准样品溶液中类别为 S 的营养盐的浓度已知，记为 x0。 0040 S202、使用相同的 LED 光源对所述的标准样品溶液进行照射；在这里，所述相同的 LED 光源即指前述步骤 S102 中所使用的发射波长光的 LED 光源，即利用实际测定过程中所选用的 LED 光源照射标准样品溶液。 0041 S203、利用光电探测器接收通过标准样品溶液输出的光，并转换成电压信号，输出至处理器。 0042 在这里，若通过 LED 光源发射的光线照射到标准样品。

38、溶液上时，样品溶液发出荧光，则通过光电探测器接收标准样品溶液发出的荧光；若通过 LED 光源发射的光在照射到标准样品溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过标准样品溶液透射输出的波长为的光。 0043 S204、处理器根据接收到的电压信号的幅值及接收时间，生成电压与时间对应关系的电压曲线 V3。 0044 S205、对电压曲线 V3 进行去噪处理；在此步骤中，可以首先对电压曲线 V3 进行平滑处理，然后利用一维小波变换法去除掉电压波形中的干扰噪点，以实现对电压曲线 V3 的去噪处理。 0045 S206、结合电压曲线 V3，选取第一时间段 t。

39、1 内各采样点的电压值，计算出第一时间段 t1 的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出标准样品溶液的吸光度值 y01。 0046 为了提高测定精度，在所述电压曲线V3中选取第一时间段t1的起始时刻时，最好与在步骤 S105 中选取电压曲线 V1 的第一时间段 t1 的起始时刻相同，通过选择相同的取样起始时刻和取样时间 t1，以最大限度的接近实际测试条件，由此确定出来的系数 a、 b 的取值无疑会更加准确。 0047 此外，在计算标准样品溶液的吸光度值 y01时，若通过光电探测器接收的是通过标准样品溶液发出的荧光，则吸光度值 y01为电压曲线 V3 中第一时。

40、间段 t1 的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是穿过标准样品溶液透射输出的波长为的光时，则吸光度值 y01=ln（电压曲线 V3 中第一时间段 t1 的电压平均值）。 0048 S207、在标准样品溶液中加入显色剂，待显色剂与标准样品溶液充分混合后，对所形成的标准混合溶液进行光照检测。 0049 在这里，所述显色剂应选择与步骤 S106 中相同的显色剂，即使用与实际测试过程中相同的显色剂加入到标准样品溶液中。 0050 S208、利用光电探测器接收通过标准混合溶液发出的光，并转换成电压信号输出至处理器，以生成电压与时间对应关系的电压曲线 V4。 0051 。

41、同样的，在此步骤中，若 LED 光源发射的光照射到标准混合溶液上后，激发标准混说明书 CN 103712935 A 9 7/9 页 10 合溶液发射荧光，则通过光电探测器接收通过标准混合溶液发出的荧光；若通过 LED 光源发射的光线在照射到标准混合溶液上后，并未生成荧光，则利用光电探测器接收穿过标准混合溶液透射输出的波长为的光。 0052 S209、结合电压曲线 V4，选取第二时间段 t2 内各采样点的电压值，计算出第二时间段 t2 的电压平均值；然后根据该电压平均值，计算出标准混合溶液的吸光度值 y02。 0053 与步骤S206相同，对于吸光度值。

42、y02的计算，仍然可以根据光电探测器接收到的光类型，选用不同的计算方法。即：若通过光电探测器接收的是通过标准混合溶液发出的荧光，则吸光度值y02=电压曲线V4中第二时间段t2的电压平均值；若通过光电探测器接收的光是穿过标准混合溶液透射输出的光，则吸光度值 y02=ln （电压曲线 V4 中第二时间段 t2 的电压平均值）。 0054 S210、建立系数 a、 b 的计算方程：（2）。 0055 选用两组已知浓度的标准样品溶液，执行上述步骤 S201-S210，建立起关于系数 a、 b 的两个方程：，构成方程组，由此便可计算出系数 a、 b 的取值。。

43、0056 在本实施例中，为了提高系数 a、 b 取值的准确度，优选采用多组已知浓度的标准样品溶液，重复执行上述步骤 S201-S210，由此便可形成多组方程，然后利用最小二乘法确定出系数 a、 b 的最终取值，并代入营养盐的浓度计算公式（1），由此便可准确地计算出待测样品溶液中，类别为 S 的营养盐的浓度 x。 0057 本实施例针对同一类别的营养盐，选用已知浓度的标准样品溶液和实际测定过程中相同的显色剂，完全按照实际的测定步骤执行一遍，计算出标准样品溶液的吸光度值 y01 和标准混合溶液的吸光度值 y02，代入浓度计算公式（2），利用已知浓度 x0和。

44、计算出的吸光度值 y01、 y02反推出系数 a、 b 的取值，由于被测对象相同，实验条件相同，因此获得的系数 a、 b 的取值更趋于真实。将通过实验获得的系数 a、 b 代入营养盐浓度计算公式（1），由此计算出来的待测样品溶液中该种类别 S 的营养盐的含量无疑会更加精确。 0058 更换流通池中的标准样品溶液，并针对待检测的下一种营养盐类别，选择合适的 LED 光源和显色剂，重复执行上述步骤 S201-S210，确定出系数 a、 b 的取值；然后，在流通池中重新注入待测的样品溶液，重复执行上述步骤 S101-S109，计算出待测样品溶液中下一种类别的营养。

45、盐含量。 0059 为了避免人为因素对测定结果产生影响，本实施例优选在营养盐测定系统中自动完成整个测定过程，结合图3所示。本实施例分别以测定海水中五种类别的营养盐：亚硝酸盐 NO2、硅酸盐 SiO3、磷酸盐 PO4、铵盐 NH4和硝酸盐 NO3为例进行举例说明。 0060 （1）测定海水样品溶液中亚硝酸盐 NO2的含量首先，控制营养盐测定系统中各三通阀F1-F6接通其默认通路，启动蠕动泵M将待测的海水样品溶液吸入水路系统，并开启布设在水路系统中的加热盘管 1，对水路中的海水样品溶液进行加热，并保持溶液的温度恒定。 0061 其次，关闭三通阀 F6 和蠕动。

46、泵 M，将海水样品溶液封存在流通池 3 中；选用波长 =530nm 的 LED 光源 4 照射流通池 3 中的海水样品溶液，并开启光电探测器 5 接收穿过海水样品溶液透射输出的光，进而转换成电压信号输出至处理器，以生成海水样品溶液所对说明书 CN 103712935 A 10 8/9 页 11 应的电压曲线 V1。 0062 其三、开启三通阀 F2，切换至通路，启动蠕动泵 M 吸取第一种显色剂：磺胺 - 盐酸溶液，在所述磺胺 - 盐酸溶液中，磺胺的质量百分数为 14%，盐酸的浓度为 12mol/L ；然后，关闭三通阀 F2，开启三通阀 F3，并切。

47、换至通路，吸取第二种显色剂：盐酸萘乙二胺水溶液，在所述盐酸萘乙二胺水溶液中，盐酸萘乙二胺的质量百分数为 0.2-0.5% ；关闭三通阀 F3。两种显色剂依次进入水路系统，与海水样品溶液混合，经由加热盘管 1 加热后，进入反应盘管 2 反应、显色。显色后的溶液进入流通池 3 后待测定。 0063 其四，关闭蠕动泵M，再次启动波长=530nm的LED光源4照射流通池3中的混合溶液，并开启光电探测器 5 接收穿过混合溶液透射输出的光，进而转换成电压信号输出至处理器，以生成混合溶液所对应的电压曲线 V2。 0064 其五，选取电压曲线 V1 中第一时间段 t1。

48、（所述 t1 30000mS）内的电压值，计算吸光度值 y1=ln（电压曲线 V1 中第一时间段 t1 的电压平均值）；选取电压曲线 V2 中第二时间段 t2（所述 t1 6500mS）内的电压值，计算吸光度值 y2=ln（电压曲线 V2 中第二时间段 t2 的电压平均值），将 y1、 y2代入营养盐浓度计算公式（1），计算出海水样品溶液中亚硝酸盐 NO2的含量 x。 0065 最后，关闭加热盘管 1，开启三通阀 F1、 F6，并切换至通路，启动蠕动泵 M 吸取清洗液，排出废液，清洗水路系统和流通池 3。 0066 待清洗完毕后，关闭蠕动泵 M 和三通。

49、阀 F1、 F6。 0067 再次启动蠕动泵 M，便可重新吸取海水样品溶液进行下一类别营养盐的测定。 0068 对于硅酸盐 SiO3、磷酸盐 PO4、铵盐 NH4和硝酸盐 NO3的测定过程，同上述亚硝酸盐 NO2的测定过程，只是在选取 LED 光源 4 和显色剂时略有不同，具体为：当对海水样品溶液中的硅酸盐SiO3的含量进行测定时，最好选用波长=810nm的LED 光源 4 进行光照检测。在加入显色剂形成混合溶液时，首先开启三通阀 F2，切换至通路，吸取第一种显色剂：钼酸铵 - 硫酸水溶液，其中钼酸铵的质量百分数为 2 5%，硫酸的浓度为 0.2 1mol/L ；关闭三通阀 F2 ；开启三通阀 F3，切换至通路，吸取第二种显色剂：柠檬酸-酒石酸锑钾水溶液，其中柠檬酸的质量百。

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