基于近红外光谱的生活污水油脂定量检测技术

周爱华

（山东创业环保科技发展有限公司郯城分公司，山东临沂 276100）

随着我国城镇居民生活水平的不断提高，城乡居民用水量不断增加，产生的生活污水迅速增加，对于本就水资源短缺的我国来说带来的水资源供应压力不断增强，因此有必要对其进行分析、检测，进而制定合理的生活污水处置措施，提高水资源循环利用效率。因此，生活污水中的各类有害物质的检测与处理技术对于生活污水的再循环利用越显重要。针对城镇居民生活污水的检测主要以有机污染物、氮磷、病原微生物为主。在国内，陈靖[1]以大肠杆菌为基础研究了生活污水中病原微生物的检测及水处理方法。张俐明利用纳氏试剂分光光度法实现了生活污水中氨氮的定量检测[2]。黄福义等[3]采用高通量荧光定量PCR 技术实现生活污水中抗生素抗性的分布格局的检测。崔丙健等[4]采用染料法实时荧光定量PCR 技术实现了农村生活污水中的阿米巴原虫的定量检测。本文通过研究近红外光谱检测技术的工作原理，结合日常工作中生活污水检测技术要求，将近红外光谱检测技术应用于工作中的生活污水中的有机污染物的定量及定性检测中，可为城镇生活污水中的有机污染物的检测提供参考依据。

1 近红外光谱法

近红外光谱法可以通过构建实验模型，实现对生活污水中未知成分的定量及定性检测与分析，具有无损检测、分析效率高、传输性能好、检测重现性好等特点。构建检测模型时，需要对样本数据进行预处理，减少系统误差对建模的影响，提高检测精度，常用的样本数据预处理方法一般有平滑处理、导数处理、基线校正、散射效应校正、自动归一化等。

1.1 工作原理

日常生活中产生的生活污水中的油脂属于有机物，有机物均含有氢原子，近红外光谱检测技术的原理即是利用近红外光谱仪采集待检样本中有机物信息，得到待检样本的光谱图及光谱信息，进而利用有机物中的含氢基团的振动合频，再通过构建样本模型，与已知样本数据的振动合频、光谱信息进行对比，从而对待检样本进行定量和定性分析。分析公式为：

式中：M为吸光度，x0为入射光强度，x、ε为穿过待检样本后的额光强度，b为光程，C为待检样本的浓度。

近红外光谱检测技术整体原理如图1所示。

图1 近红外光谱检测技术原理图

1.2 基于近红外光谱法的生活污水的数据采集

利用近红外光谱法进行样本数据采集主要基于近红外光谱仪的工作原理，近红外光谱仪主要由光源和接收器两部分组成。首先根据检测需要，将待检测生活污水样本装入特定的容器中，并做好编号等标记，再通过近红外光谱仪照射到样本中，进而采集样本反射回来的光谱图。在原始数据采集过程中应注意对原始样本做好控制，防止待检样本出现上下分层的现象，以免采集到的光谱图不准确，提高检测精度。

2 样本光谱数据提取与建模

由于近红外光谱法采集到的数据范围较宽，因此在采用近红外光谱仪进行数据提取过程中，应注意选择合适的近红外光谱仪的光谱区间对样本数据进行采集与处理，选择合适的样本吸光值和峰值数据。同理，在样本数据建模过程中，要充分考虑待检样本所含有机污染物的种类。基于近红外光谱法进行样本检测建模方法主要有偏最小二乘法（PLS）、支持向量机（SVM）、主成本分析法（PCA）等。其中PLS 方法可实现样本的定量、定性分析，具有操作简单、方便快捷、预测精度高等优点；SVM 主要应用于小样本检测，具有建模简单、全局最优、应用能力强等优点；PCA 方法可将多变量数据进行降维处理，实现了多变量数据的精确检测。

3 结束语

本文分析了近红外光谱法的工作原理，提出了近红外光谱检测技术在城镇生活污水中有机污染物检测中的应用实用性，并从近红外光谱检测技术在生活污水有机污染物检测中的数据提取、样本建模、对比分析进行详细说明，根据工作生活经验，提出了检测过程中注意的问题。分析表明，近红外光谱分析检测技术在城镇生活污水有机污染物的应用检测中具有操作简单、灵敏度高、检测装置易构建等优点，可为生活污水中有机物的定量及定性检测技术及制定生活污水处置措施提供依据。