水中矿物油全光纤三维荧光测量仪

　　1引言

　　巨型油轮失事和钻井引起的井喷事故等，使江河、湖泊和海洋水质受到大面积的污染。为了尽可能减轻这一危害，必须对这一污染源进行现场快速检测，及时掌握矿物油污染扩散实况，这对污染控制和环境保护有特别重要意义。

　　本文采用三维荧光谱特征参量化理论与技术，用激发光波长和被测油种(如原油、煤油、柴油等)受激荧光波长及荧光强度三个量，经微机重新采样和曲线拟合处理得到的三维荧光谱并表示为等值线图(指纹图)形式，实现了矿物油污染浓度和油种鉴别的双重测量。

　　2三维荧光谱特征参量化理论

　　根据光激发原理，当用一特定波长的光(如紫外光)照射具有吸收光子能力的物质时，在一瞬间(10-8s)可发射出比激发光波长长的光，即荧光。因此，可以用光谱滤光技术测量此荧光来表征被测物质的浓度，用其荧光谱差异来鉴别被测物质的种类。在光吸收过程中，荧光物质有几个吸收峰带，但发射的荧光谱只有一峰带。不同荧光物质由于其分子结构和能量分布的差异各自显现出不同的吸收谱和荧光谱，这就决定了荧光测量法具有良好的选择性和鉴别性，即被测物质在特定光激励下，满足荧光发射谱的唯一确定性。水中矿物油受激发光后，发射的荧光强度可表示为:

　　将上式整理后得出水中油含量C与F成下列关系:

　　被测油种和测量仪器确定之后，A.B,C.D皆为常数。从上述分析可知，用一适当强度某一特定波长的光去激发具有一定荧光效率的物质，可采用光谱滤光技术和高灵敏度光电检测就可以定量的测量出被测物质的含量。矿物油是一种荧光效率较高的荧光物质，所以可用荧光强度法来实现水中油污染的浓度测量。

　　用荧光法鉴别被测矿物油种类的复杂性在于:不同油田的原油、煤油、柴油等的荧光谱有很大程度的重叠。使之用简单的荧光谱强度来鉴别油种基本上是不可能的，必须采用多维荧光谱分析，以获取足以鉴别油种的多种参量。

　　三维荧光谱参量化可分为三类特征参量指标:

　　(1)反映荧光强度分布的特征参量;

　　(2)反映光强度值沿激发光波长和荧光光波长方向上分布的特征参量;

　　(3)反映荧光强度在两组波长平面上分布的特征参量。

　　上述三类特征参量从不同角度表示了三维荧光谱的统计特征。因此，对各参量分别进行多样本对比，并进行综合分析，最终实现样本分类(未知样本之间比较)和鉴别(未知样本与已知样本比较)的目的。

　　3测量仪系统组成