1、水是生命之源，是極其重要的地球資源，是現(xiàn)代文明不可或缺的血脈，它的安全健康決定著全人類的發(fā)展與未來(lái)，其重要性不言而喻。近幾年，我國(guó)水污染事件頻發(fā)，其中水體重金屬污染占相當(dāng)大的比例，受害區(qū)人民的生產(chǎn)生活在蒙受巨大損失的同時(shí)長(zhǎng)期飽受病痛的折磨。可以說(shuō)，我國(guó)的水污染程度不比霧霾輕，甚至已成為癌癥村的主因。當(dāng)前環(huán)境保護(hù)中對(duì)水污染的預(yù)防與治理是一項(xiàng)十分重要且緊迫的任務(wù)，而開(kāi)展工作的前提就是對(duì)水體進(jìn)行科學(xué)精確的檢測(cè)，所以開(kāi)展適合實(shí)際需求的水體重金屬

2、快速精確檢測(cè)與自動(dòng)分析方法研究，為水體重金屬污染評(píng)估和治理提供科學(xué)可靠的依據(jù)，對(duì)水資源重金屬污染的預(yù)防與治理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于水資源短缺的我國(guó)來(lái)講，意義尤為重大。
　　本文在對(duì)現(xiàn)有的重金屬檢測(cè)技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)電化學(xué)方法所具有的儀器經(jīng)濟(jì)實(shí)用、在線檢測(cè)較易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，圍繞水體重金屬的快速精確檢測(cè)系統(tǒng)與自動(dòng)分析方法展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)了一款性能穩(wěn)定、操控簡(jiǎn)單的重金屬電化學(xué)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)銻(Sb)、鉛(Pb)、鋅(Zn

3、)、砷(As)等元素的在線監(jiān)測(cè)，結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)建了一個(gè)適合現(xiàn)場(chǎng)的、低成本、高效的重金屬快速監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
　　本研究屬于多學(xué)科交叉研究，涉及電化學(xué)、智能檢測(cè)與控制、數(shù)據(jù)處理與分析等領(lǐng)域，具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以差分脈沖溶出伏安法為理論基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了基于三電極傳感體系的重金屬檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)以性能優(yōu)異的MSP430F5438為主控MCU，采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，分別完成了電源、主控、水樣處理、電化學(xué)檢測(cè)、通訊和鍵盤顯示模塊的

4、設(shè)計(jì)工作，其中水樣處理模塊采用多通換向閥加定量泵系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜管路控制系統(tǒng)，提高了穩(wěn)定性;重點(diǎn)對(duì)電化學(xué)檢測(cè)模塊的激勵(lì)源電路、恒電位儀電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、微信號(hào)調(diào)理和檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì);此外，系統(tǒng)健康檢查和變誤差自動(dòng)補(bǔ)償兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率和野外工作的穩(wěn)定性。
　　(2)為在復(fù)雜噪聲環(huán)境下分離出完整的微弱有用信號(hào)，采用軟濾波對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的大誤差剔除和平滑處理。采用差分法濾除粗大誤差后，分別對(duì)五點(diǎn)

5、三次平滑、小波去噪、自適應(yīng)LMS平滑方法進(jìn)行了分析，通過(guò)更新誤差因子方法對(duì)自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析與比較結(jié)果表明改進(jìn)算法精度高、抗干擾強(qiáng)、收斂性好。
　　(3)為得到更科學(xué)正確的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有離散數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)逼近，得到最接近源數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)描述，為科學(xué)評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析得出選擇8階擬合數(shù)學(xué)模型可滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于多組分混合液的溶出數(shù)據(jù)曲線的逼近，通過(guò)分段擬合方法進(jìn)行處理，即利用極大值法進(jìn)行分段，然后對(duì)

6、每一個(gè)分段區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的擬合處理，提高了數(shù)據(jù)處理的精度和效率。對(duì)于由本底成分及其他因素所造成漂移進(jìn)行校正，通過(guò)校正實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果顯示:切線法辨識(shí)靈敏度高，算法易于實(shí)現(xiàn)，是一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別與分析的優(yōu)化算法。
　　(4)對(duì)于分析化學(xué)中重疊峰問(wèn)題，在現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用數(shù)學(xué)理論，對(duì)獲取的重疊峰數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，把儀器未能完全分離的峰形進(jìn)行數(shù)學(xué)分解，這種方法對(duì)系統(tǒng)硬件要求相對(duì)寬松。文中提出了一種基于高斯模型的重金

7、屬溶出非線性伏安曲線重疊峰解析算法，并針對(duì)溶出伏安法分析重金屬的具體應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)仿真計(jì)算及實(shí)測(cè)證明了該算法的有效性。
　　(5)作為一款自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，需要自動(dòng)分析出樣本中重金屬的種類和濃度。系統(tǒng)在自動(dòng)分析中，用溶出峰位來(lái)定性，而對(duì)于定量依據(jù):濃度=f(H)（峰高）或濃度=f(S)（面積），文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出峰高H與濃度的回歸性要優(yōu)于峰面積S，又考慮到計(jì)算量因素，故采用峰高H作為檢測(cè)元素濃度的定量依據(jù)。

8、>　　(6)為了檢驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)性能，選擇銻(Sb)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、砷(As)四種重金屬元素為研究對(duì)象。在本檢測(cè)系統(tǒng)下，通過(guò)富集時(shí)間與峰電流的關(guān)系實(shí)驗(yàn)、溶出掃描速度與峰電流的關(guān)系實(shí)驗(yàn)等一系列的實(shí)驗(yàn)，綜合分析得到本檢測(cè)系統(tǒng)下各研究對(duì)象的最佳溶出參數(shù)。在最佳參數(shù)設(shè)置條件下，近一步研究SbPbZnAs濃度與峰電流的線性關(guān)系并進(jìn)行回歸分析，各元素的標(biāo)準(zhǔn)線性方程如下:ysb=0.2311x-0.2177，R2sb=0.9563;yPb=0.