痕量铵氮的激光诱导荧光检测器研制

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铵氮是水体中重要的无机氮形态,是植物和浮游生物可直接利用的氮的形态。痕量铵氮的定量分析对海洋的可持续开发、利用和保护有着重要的意义。  本研究基于铵氮的M2OPA(4,5-二甲氧基邻苯二甲醛)荧光分析法原理,研制一台用于定量分析痕量铵氮的激光诱导荧光检测器。检测器包括荧光发生装置,硬件系统和软件系统三部分。荧光发生装置由两个405 nm的激光二极管,样品池,滤光片等器件嵌入暗盒构成,两光源相对错位放置,与荧光检测窗口成直角。样品池中的待测溶液在光源激发下产生荧光,产生的荧光通过滤光片照射到硬件系统中光电倍增管的光敏窗口。硬件系统包括光电倍增管、I/V转换电路、滤波放大电路、微处理器等,将荧光信号转换为微弱电流信号,进一步经过放大、滤波、A/D采样经由微处理器控制串口将采样数据发送给上位机。软件系统包括下位机和上位机两个部分,下位机程序实现采样的控制,粗大误差的剔除,数字平滑滤波以及完成与上位机互相通信;上位机程序完成串口的数据接收,显示数据,绘制图形等功能。硬件部分与软件部分相互协同工作,完成荧光信号的采集、处理、通信、显示等任务。通过实验考察了研制的检测器各项性能,包括检测器的稳定性、准确性、检测限等。检测器开机后,连续一小时测定,基线和恒定信号响应均处于稳定状态,噪声引入的数据误差在3%以内。为了考察检测器的准确性,分别采用本论文的检测器与商品化荧光分光光度计对0-2μmol/L范围内7个铵氮标准溶液的荧光反应产物的荧光信号(IF)进行测量,检测器在单光源(IFs)和错位式双光源(IFd)模式下与通用型荧光分光光度计(IFc)的测定结果无显著差异,相关方程分别为 IFs=2.1298IFc+11.486(R2=0.9977, n=7),IFd=5.0439IFc+27.534(R2=0.9958, n=7)。根据纯水测量值的标准偏差和工作曲线的斜率,计算出检测器在单光源和错位式双光源工作模式下的检测限分别为6.3 nmol/L,3.5 nmol/L,检测限低至痕量级别,符合设计需求。2017年3月27日,在花江采集水样24个,分别用本检测器(C)和通用型荧光分光光度计(Cc)测定水样浓度,测定结果范围分别为0.94 umol/L-27.96 umol/L和1.46 umol/L-26.6 umol/L,两者测定结果线性方程为 C=0.9784Cc+0.9314(R2=0.9799, n=24),线性方程的斜率为0.9784,接近于理想值1,说明本检测器应用于实际水样的测定,与商品化的仪器具有可比性,是准确可靠的。
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