虹科：便携式光谱仪监测河流和湖泊生态系统的健康状况

2023年03月07日

河流是全球众多城市和社区的重要自然资源。保持获得清洁水以及生态健康的河流和地表水对于推动区域经济、支持人类和水生物种的健康以及提供娱乐至关重要。维护河流和湖泊生态系统的可持续性需要研究人员、监管机构、行业和公民之间的合作，以及适应性强的光学传感技术，以帮助监测水质和成分的变化。

工作人员正在实时进行水质检测

科学家们正在使用光谱学等技术来跟踪流水及其周围环境的稳定性和健康状况。在水中发现的许多材料都具有光学响应，例如反射率，吸光度或荧光，可以使用光学传感器和光谱仪进行测量。光谱学等光学传感技术提供紫外-可见分光光度计数据，以帮助人类提高对河流和湖泊生态福祉的理解和监测。随着科技的迭代更新和时间的推移，光谱仪变得更便携、更智能、更容易操作。便携式、紧凑型的光纤光谱仪可以直接安装在环境中，进行现场观测，具有原位测量的便利性。

便携性：仪器体积轻便，更容易操作，易于室外携带

原位测量：可直接在现场安装，省去远距离样本携带成本

快速检测：媲美实验室光谱仪的检测精度，满足各种检测要求

数据管理：专业的数据管理平台，联网进行云端远程管理

便携式光谱仪的优势功能吸引了广泛的用户，包括对实地工作的准确性感兴趣的研究人员和科学家以及环境监测业务人员。对于后者，他们可以根据实地探测的需求，将具有成本效益和高度定制的光谱组件与坚固耐用的复杂仪器相结合，创造出新的实地采样方法，促进了产品创新。通过光谱仪测试样本的吸光度、反射率、辐照度和荧光光谱等，能够获得以下与水质相关的各种指标的信息：

叶绿素浓度

高叶绿素水平与高浓度的营养物质有关，这可以追溯到化粪池系统泄漏、废水处理厂运行不良和肥料径流。

悬浮沉积物

如粘土、土壤和淤泥颗粒，使水更加浑浊，并可能影响水质

总溶解固体

包括盐、矿物质和金属，可能表明存在其他污染物，损害水生物种并破坏生态系统。

颗粒物

其含量的增加会影响光的穿透深度，导致浅水湖泊和海湾更快地填满并窒息底栖生境(在河流或湖底发现的栖生境)，影响植被生长和浮游植物等水生生物。

光谱检测实例

来自美国一光谱仪公司的应用科学家测试了光谱学测量水质的功效。科学家们评估了佛罗里达州大坦帕湾地区两个湖泊的水样。在第一个实验中，研究人员使用紧凑型模块化光谱仪测量了湖水样本以确定叶绿素a的浓度。在湖面的三个点收集样品并进行吸光度测量(下图)。每个样本都显示出不同的浓度水平，很可能与水温、阳光照射和营养浓度的差异有关。在河水中也可以进行类似的测量，其中叶绿素a的浓度随停留时间(物质在水中的持续时间)、河流流量和其他标准而变化。

湖水样品中的叶绿素a浓度(毫克/升)。在三个点收集水样，并使用模块化测量叶绿素a浓度的差异光谱仪配置为吸光度。OD：光密度。

另一个令人感兴趣的水质参数是湖泊和河流中颗粒物的存在。例如，德国一家光谱传感器公司将光谱仪集成到其环境监测仪器中，其太阳能系统可以测量雪的反射率(下图)。目的是检测灰尘、黑碳和藻类的光谱信息，这些证据会影响融雪过程的速度、径流的化学特性以及水流入附近山间溪流和河流后的富营养化(营养物质和矿物质的积累)。