基于近紅外光譜的生活污水油脂定量檢測技術

周愛華

（山東創業環保科技發展有限公司郯城分公司，山東臨沂 276100）

隨著我國城鎮居民生活水平的不斷提高，城鄉居民用水量不斷增加，產生的生活污水迅速增加，對于本就水資源短缺的我國來說帶來的水資源供應壓力不斷增強，因此有必要對其進行分析、檢測，進而制定合理的生活污水處置措施，提高水資源循環利用效率。因此，生活污水中的各類有害物質的檢測與處理技術對于生活污水的再循環利用越顯重要。針對城鎮居民生活污水的檢測主要以有機污染物、氮磷、病原微生物為主。在國內，陳靖[1]以大腸桿菌為基礎研究了生活污水中病原微生物的檢測及水處理方法。張俐明利用納氏試劑分光光度法實現了生活污水中氨氮的定量檢測[2]。黃福義等[3]采用高通量熒光定量PCR 技術實現生活污水中抗生素抗性的分布格局的檢測。崔丙健等[4]采用染料法實時熒光定量PCR 技術實現了農村生活污水中的阿米巴原蟲的定量檢測。本文通過研究近紅外光譜檢測技術的工作原理，結合日常工作中生活污水檢測技術要求，將近紅外光譜檢測技術應用于工作中的生活污水中的有機污染物的定量及定性檢測中，可為城鎮生活污水中的有機污染物的檢測提供參考依據。

1 近紅外光譜法

近紅外光譜法可以通過構建實驗模型，實現對生活污水中未知成分的定量及定性檢測與分析，具有無損檢測、分析效率高、傳輸性能好、檢測重現性好等特點。構建檢測模型時，需要對樣本數據進行預處理，減少系統誤差對建模的影響，提高檢測精度，常用的樣本數據預處理方法一般有平滑處理、導數處理、基線校正、散射效應校正、自動歸一化等。

1.1 工作原理

日常生活中產生的生活污水中的油脂屬于有機物，有機物均含有氫原子，近紅外光譜檢測技術的原理即是利用近紅外光譜儀采集待檢樣本中有機物信息，得到待檢樣本的光譜圖及光譜信息，進而利用有機物中的含氫基團的振動合頻，再通過構建樣本模型，與已知樣本數據的振動合頻、光譜信息進行對比，從而對待檢樣本進行定量和定性分析。分析公式為：

式中：M為吸光度，x0為入射光強度，x、ε為穿過待檢樣本后的額光強度，b為光程，C為待檢樣本的濃度。

近紅外光譜檢測技術整體原理如圖1所示。

圖1 近紅外光譜檢測技術原理圖

1.2 基于近紅外光譜法的生活污水的數據采集

利用近紅外光譜法進行樣本數據采集主要基于近紅外光譜儀的工作原理，近紅外光譜儀主要由光源和接收器兩部分組成。首先根據檢測需要，將待檢測生活污水樣本裝入特定的容器中，并做好編號等標記，再通過近紅外光譜儀照射到樣本中，進而采集樣本反射回來的光譜圖。在原始數據采集過程中應注意對原始樣本做好控制，防止待檢樣本出現上下分層的現象，以免采集到的光譜圖不準確，提高檢測精度。

2 樣本光譜數據提取與建模

由于近紅外光譜法采集到的數據范圍較寬，因此在采用近紅外光譜儀進行數據提取過程中，應注意選擇合適的近紅外光譜儀的光譜區間對樣本數據進行采集與處理，選擇合適的樣本吸光值和峰值數據。同理，在樣本數據建模過程中，要充分考慮待檢樣本所含有機污染物的種類。基于近紅外光譜法進行樣本檢測建模方法主要有偏最小二乘法（PLS）、支持向量機（SVM）、主成本分析法（PCA）等。其中PLS 方法可實現樣本的定量、定性分析，具有操作簡單、方便快捷、預測精度高等優點；SVM 主要應用于小樣本檢測，具有建模簡單、全局最優、應用能力強等優點；PCA 方法可將多變量數據進行降維處理，實現了多變量數據的精確檢測。

3 結束語

本文分析了近紅外光譜法的工作原理，提出了近紅外光譜檢測技術在城鎮生活污水中有機污染物檢測中的應用實用性，并從近紅外光譜檢測技術在生活污水有機污染物檢測中的數據提取、樣本建模、對比分析進行詳細說明，根據工作生活經驗，提出了檢測過程中注意的問題。分析表明，近紅外光譜分析檢測技術在城鎮生活污水有機污染物的應用檢測中具有操作簡單、靈敏度高、檢測裝置易構建等優點，可為生活污水中有機物的定量及定性檢測技術及制定生活污水處置措施提供依據。