水是人类的生命之源,是一种宝贵的自然资源,在工业生产、农业灌溉和日常生活中都离不开水。在水污染日益严重的现实情况下,水环境监测变得越来越重要。在未来水环境监测趋于普遍化、广泛化、物联化后,对于水环境监测设备的需求将呈指数化增长,实时无污染的水环境监测设备将受到越来越多的关注。本论文以实时无污染水环境监测为目标,研制了基于电化学技术与紫外可见吸收光谱技术的两套水环境监测仪器,实现了水体温度、pH、氨氮、流速、化学需氧量(COD)、浊度和颜色的实时无污染测量。主要的研究内容与成果包括如下几个方面:(1)提出采用双铂片计时电势法进行pH测量,研究双铂片计时电势法测量pH的内部机理,实验证明双铂片计时电势法测量pH具有很好的pH响应曲线和优良的选择性,并且双铂片计时电势pH测量方法比传统玻璃pH电极具有更长的使用寿命和更好的长期稳定性。相关论文发表在“Sensors and Actuator sB-Chemical”期刊。(2)首次提出采用氧化钨电极进行液体流速测量,研究了基于氧化钨电极测量流速的内部机理---流动电势,实验证明测量氧化钨电极的开路电压配合pH和温度的补偿可以实现低于0.4mm/s的液体超低流速测量。相关论文发表在“Sensors and Actuators B-Chemical”和“JournalofElectroanalyticalChemistry”期刊。(3)提出了基于氨离子选择性电极开路电压结合pH和温度补偿的氨氮测量方法,研究了氨离子占氨氮比例与pH和温度的关系。实验证明这种方法测量氨氮具有良好的响应(56.4mV/pNH4)。同时,研制了基于电化学技术的多参数水环境监测仪器,包括硬件电路设计、下位机软件设计和上位机软件设计,实现了温度、pH和氨氮的标定和实时无污染测量。(4)研究基于紫外可见吸收光谱技术的COD、浊度和颜色测量。利用可见光波段的吸光度计算得到色坐标进而反映水体颜色;基于不同浊度下可见光波段的吸光度曲线的梯度不同,将梯度的差异量化为色坐标的差异,进而通过溶液色坐标反映浊度,这种新颖的浊度测量方法可以消除光源光强变化或探测器漂移对测量结果的影响;采用紫外波段的吸光度反映COD,并探索了 COD测量时的浊度补偿方法,采用补偿后的吸光度曲线测量COD值。相关论文发表在“Sensors and Actuators B-Chemical”期刊。同时,研制了基于紫外可见吸收光谱技术的多参数水环境监测仪器,包括了系统整体设计、控制电路设计和上位机设计,实现了 COD、浊度和颜色的标定和实时无污染测量。基于新颖的浊度测量方法,仪器采用了单通道系统设计,相比于双光路测量系统避免了可动光阑和复杂的光学系统,提高了系统的测量稳定性。