提出了一种基于MobileNetV2和VGG11组分拟合（CF-VGG11）卷积神经网络（CNN）与平行因子分析（PARAFAC）结合的水样分类和荧光组分拟合方法，通过输入单个三维荧光光谱（3D-EEM）数据来预测水样类别、溶解性有机物（DOM）质量浓度等级和荧光组分。算法以PARAFAC结果为基础建立荧光光谱数据集，分两步完成类别与组分的预测：第一步使用MobileNetV2算法对不同水样进行类别预测和DOM质量浓度分级；第二步使用CF-VGG11网络拟合荧光组分。采集地表水、工业废水处理水、污水处理厂进出口水和乡村饮用水4种类型的水样构建数据集，获得了95.83%的分类精度和98.11%的组分拟合精度。实验结果表明，所提方法可对不同水样和DOM质量浓度等级进行准确分类，拟合特定荧光组分，精确定位污染源，并能进行超标预警。

本文以水热合成法和共沉淀法制备了纳米Fe3O4/皂石复合材料, 并用于去除水中2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线荧光光谱(XRF)等表征手段测试了纳米Fe3O4/皂石复合材料的物相组成、结构、形貌和元素组成, 并考察了纳米Fe3O4/皂石复合材料在不同2,4-DCP溶液浓度、反应时间和pH等条件下对2,4-DCP的去除效果。结果表明, 在皂石表面原位生长的纳米Fe3O4分散较为均匀, 有效降低了Fe3O4的团聚现象。纳米Fe3O4/皂石复合材料在溶液pH值为6时, 对2,4-DCP的最大去除量为178.46 mg/g, 在反应时间为5 min时, 对2,4-DCP去除量达到饱和。纳米Fe3O4/皂石复合材料对2,4-DCP的去除动力学符合准二级动力学模型。在此基础上, 通过液相质谱联用(LC-MS)检测出2,4-DCP被降解后生成了氯酚等中间产物。本研究成果为水中有机污染物的降解提供了一种新型、环保且高效的环境功能材料。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种基于原子发射光谱和等离子体发射光谱的物质成分分析技术。利用LIBS技术对水中的Pb污染进行检测, 选择Pb元素的最强峰405.8 nm作为分析线, 以Si(390.6 nm)为内标元素, 经线性拟合得到Pb的检出限为7.40×10-6。建立了基于生物地理学优化(BBO)算法的定量分析模型, 利用该模型分别测定了不同Pb元素浓度的35份样品的LIBS谱线, 其中的30组数据被用来训练BBO定量分析模型, 剩余的5组数据被作为测试集来评估模型的分析能力。结果表明：在利用BBO算法模型对水体中Pb浓度进行预测时, 模型的相对标准偏差(RSD)及平均绝对百分比误差(MAPE)指标都相当优异。

提出了一种基于对称金属包覆波导结构的光学传感器, 利用该结构所激发的对导波层折射率虚部极其灵敏的超高阶导模为探针, 结合二苯碳酰二肼与六价铬离子的特异性显色原理, 对饮水中六价铬离子痕量进行探测.理论与实验结果表明, 该分析方法的检测极限是1μg/L, 达到了现行国际标准.该方法是一种需样少、耗时短、实时性好、稳定性高和价格低廉的在线检测方法.

开发了一种多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振(SPR)传感器,用于快速检测水中微囊藻毒素LR.研究了利用该传感器检测微囊藻毒素LR的方法.首先,通过原位聚合法在SPR传感芯片的裸金表面合成了微囊藻毒素LR的多孔分子印迹膜,制备出可以特异性捕获微囊藻毒素LR的SPR传感芯片.然后,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型表面等离子体共振传感器.最后,通过检测不同浓度的微囊藻毒素LR溶液以及干扰物质微囊藻毒素RR溶液,研究了该传感器的测量范围、特异性等参数.结果表明,该传感器对于微囊藻毒素LR的检测灵敏度很高,可实现微囊藻毒素LR的定量检测,动态测量达2.1×10-9~1×10-6 mol/L.另外,传感器对于干扰物质微囊藻毒素RR无明显信号响应,表明传感器对于微囊藻毒素LR具有很好的特异性检测能力.

研制了基于气相可逆比色法的小型水样氨氮自动光学检测装置样机,该装置主要由样品室、测试室、自动进样模块和数据处理与控制电路组成。以不同浓度氯化铵水溶液作为氨氮样品测试了样机性能,建立了样机吸光度与氨氮浓度的线性依赖关系式;通过比较样机对氨氮标样的测试值和样品标准值,验证了样机的可靠性。研究结果表明,该样机能够在室温下对水样氨氮进行连续长时间的自动检测,具有较好的测试重复性,探测极限约为0.04 mg/L(以N计),低于国家标准对一类水的检测上限(0.15 mg/L,以N计)。该装置体积小,重量轻,成本低,功耗小,自动化程度高,无需对水样进行复杂预处理,适合水环境现场的快速检测。

水中硝酸根含量的实时监测是一个亟待解决的现实问题, 为了满足硝酸根监测的实时性要求, 避免采样、预处理等繁琐的步骤, 提出了一种新型的原位监测硝酸根传感器系统的研究设计, 介绍了系统的工作原理和构成, 该仪器利用双光束单波长标准测量法, 不仅能有效消除材料及粒子散射对测量的干扰, 而且简化了设计结构。并用紫外分光光度计进行了模拟实验, 实验证明, 这种新型的传感器系统能够满足指定水域的硝酸根实时监测要求。

高光谱遥感技术在环境保护领域中应用广泛, 本文概述了高光谱遥感技术在我国大气环境中污染气体、 温室气体监测, 水环境中重点水污染源水华、 水质、 饮用水源地安全监测, 生态环境的生物多样性、 植被类型监测、 土壤污染等方面的应用情况, 并指出目前存在国内高光谱卫星缺乏、 数据处理和信息提取能力不足等问题, 以及目前迫切需要发展搭载大气痕量气体差分吸收光谱仪、 温室气体监测仪、 高光谱成像仪等高光谱传感器的环境卫星后续星、 加强高光谱数据处理和信息提取攻关研究、 加快高光谱环境地面应用系统的建设等建议。

为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性，利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源，以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件，以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线，研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明，最佳延时时间为1100ns，最佳门宽为1800ns，通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量，给出了Cr元素的定标曲线，并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。

以1 064 nm波长Nd∶YAG脉冲激光为激发光源, 采用高分辨率、 宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件, 实验研究了水体中痕量镍元素的激光诱导等离子体光谱发射特性和检测限； 为了延长水体中金属元素的激光等离子体光谱发射时间、 提高光谱检测灵敏度并减小ns激光作用下水滴溅射的影响, 实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集, 通过在基体表面固定区域滴定固定量的已知不同浓度的硝酸镍溶液, 烘干并制备待测样品。 研究表明, 镍的最佳探测延迟时间在700 ns左右, 元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈现良好的线性关系, 计算得到水体中Ni元素的痕量检测限为0.28, 研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。