脉动消元新原理提高海洋原位光学检测仪器长期稳定性的研究

项目基于海洋原位光学检测仪器的现状，针对原位监测长期稳定性问题的研究瓶颈，提出脉动消元新原理，以克服检测过程的稳定性扰动量干扰，实现免标定长期连续监测。为实现上述研究目标，拟开展以下内容研究：(1) 脉动消元原理分析，通过引入检测光程的规律性脉动量ΔL，建立待测物浓度与脉动量间的函数关系。由于稳定性扰动量在脉动过程不变，可被消元。 (2) 基于脉动消元原理的光学检测平台的构建，通过恒压变容腔技术，实现检测光程的脉动变化。(3) 脉动消元原理实验系统，选取待测物，通过模拟稳定性扰动量因素，以检验脉动消元原理的正确性。通过上述研究，确立一种高效抗稳定性扰动量干扰的长期连续光学检测方法，以实现免标定功能，进而克服海洋仪器原位检测的长期稳定性干扰问题，为基于该原理的仪器设备开发奠定理论基础。项目研究成果既能应用于海洋领域，又能推广到环境监测、工业过程等领域，进而对光学仪器科学的发展作出贡献。

海洋生态环境的长期原位监测是深入研究海洋生物地球化学循环、全球气候变化等重大科学问题不可或缺的重要手段，而目前长期原位监测数据匮乏的重要原因之一就是海洋光学检测仪器长期稳定性问题难以克服。解决稳定性扰动量问题的常用方法是对检测仪器进行定期标定，以保障检测结果的准确性，但定期标定存在着以下难以克服的缺点：（1）离线标定，无法长期原位监测；（2）在线自标定，则标准溶液的存储、制备困难。因此，欲实现海洋原位长期监测，则必须在免标定技术上取得突破，以彻底解决稳定性扰动量对检测的干扰问题。. 项目通过光学检测原理的创新，以实现免标定技术。研究内容分为脉动消元原理推导、基于该原理的光学仪器平台研制、以及实验验证等三个步骤。步骤一：通过原理推导，提出脉动消元新原理，即动态改变海洋光学分析仪器的检测光程，使之产生规律性脉动，则待测物吸光量的变化量就只与光程的变化量、待测物浓度与吸光常数相关，因此，其它扰动量则可视为不变量被消元；步骤二：根据脉动消元原理开发了变光程检测平台；步骤三：利用变光程检测平台，开展磷酸盐的长期监测实验；. 根据磷酸盐的磷钼蓝检测法，其检测过程必然将生成有色络合物，而有色络合物会累积附着在透光窗口上，导致测量得到的透射光强度减弱，从而使检测结果偏离标定曲线。分别利用分光光度计和变光程检测平台对浓度为0.24mg/L的标准磷酸盐溶液进行长期测量，每天测量一次，持续16天，测量结果表明：分光光度计的检测结果在第8天开始发生明显的偏移，而且越往后偏差越大，误差达到30％以上；变光程检测平台检测结果基本保持稳定，测量误差在3％以内。以浙江大学西溪校区池塘水作为实际样品进行长期测量，络合物污染后的分光光度计在3天后就产生显著误差，而变光程检测平台依然保持稳定。对两组测量结果的对比分析可知，在分光光度计受络合物污染后，由于很大一部分光强被络合物吸收，因此如果不重新标定，浓度的测量值出现严重偏差；而基于脉动消元原理的变光程检测平台具有自标定功能，因此可以消除因络合物污染而产生的干扰。. 在海洋生态环境参数测量领域，基于分光光度法的检测仪器应用广泛，例如磷酸盐的磷钼蓝检测法、硝酸盐的镉柱还原法、二氧化碳的PH值显色法等，但此类仪器都受有色溶剂或有色络合物的附着污染影响，难以实现长期原位监测，而脉动消元原理能有效解决上述问题，，具有很高的推广应用价值。