光纤荧光矿物油浓度测量中激发光源的设计

　　近年来, 江河、湖泊、海洋中的矿物油( 原油及其成品油) 成为水体水质污染的主要污染源物质之一。江河水体的大面积污染, 严重破坏了生态平衡, 为了减轻这一危害, 需要对矿物油污染现场进行实时检测, 以便对其进行控制。目前我国采用的现场采样、室验室化验分析的方法对水中矿物油浓度进行测量, 既费时费力又难以确定油层的分布情况。利用矿物油的荧光特性, 结合光纤传感和计算机数据处理技术研制的全光纤¹ 水中矿物油测量仪( 其工作原理及系统组成参见文献[ 1] , 具有检测灵敏度高、简便、样品不需作任何处理即可现场检测等优点, 为水域油污染实时在线测量提供了新的科学途径。

　　1 激发光源的选择

　　111 激发光波长范围的选择

　　矿物油是一种多组分的复杂混合物, 由数千种不同的有机分子组成, 由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分, 依据碳链的长度及是否构成直链、支链、环链或芳香结构, 石油化合物表现出跨度很大的物理化学性质和生物影响特性。

　　矿物油中包括很多荧光物质, 如多环芳烃——萘、蒽、菲、荧蒽、苯并芘及间二甲苯、邻二甲苯、1,3, 5- 三甲苯、1, 2, 4- 三甲苯和1, 2, 3- 三甲苯等。它们均具有P电子的未饱和结构, 流动的P电子吸收激发能而跃迁到较高激发态, 从激发态回到基态时发射荧光, 因此矿物油具有较强的荧光特性。不同石油产品所含荧光物质的种类以及各类荧光物质的比例不同, 使其表现出不同的光谱特性, 为确定水中矿物油的最佳激发波长和荧光检测波长,采用日本Shimadzu 公司的RF-540 型荧光分光光度计对典型油品的激发光谱特性进行了定量测量和分析。

　　激发、发射单色器狭缝宽度均选为10 nm, 仪器接收增益选为7, 使激发单色器在200~ 700 nm 之间人工选择激发波长, 对油品溶液作照射, 然后扫描荧光发射波长, 一旦一个荧光发射峰被检测到,发射单色器就固定于这一峰值波长上, 然后对激发波长进行扫描, 得被测油品的激发光谱, 即荧光相对强度与激发波长的关系, 如图1 所示, 图中Kex Kem 分别表示激发光波长和荧光发射波长。通过大量实验可知, 荧光发射波长固定在360 nm 时, 石油的两个激发峰值波长在254 nm 和294 nm 附近; 荧光发射波长固定在460 nm 时, 石油的激发峰值波长在360 nm 附近。不论是原油还是成品油, 都具有较宽形状的激发光谱, 也即所有的矿物油均有较宽的吸收光谱带, 这是由于矿物油多种化学成分的分子造成的, 因此可根据需要在较大波段范围内选择适宜水中矿物油的统一的荧光激发波长。

　　112 激发光源的选择原则