虹科：便攜式光譜儀監測河流和湖泊生態系統的健康狀況

2023年03月07日

河流是全球眾多城市和社區的重要自然資源。保持獲得清潔水以及生態健康的河流和地表水對于推動區域經濟、支持人類和水生物種的健康以及提供娛樂至關重要。維護河流和湖泊生態系統的可持續性需要研究人員、監管機構、行業和公民之間的合作，以及適應性強的光學傳感技術，以幫助監測水質和成分的變化。

工作人員正在實時進行水質檢測

科學家們正在使用光譜學等技術來跟蹤流水及其周圍環境的穩定性和健康狀況。在水中發現的許多材料都具有光學響應，例如反射率，吸光度或熒光，可以使用光學傳感器和光譜儀進行測量。光譜學等光學傳感技術提供紫外-可見分光光度計數據，以幫助人類提高對河流和湖泊生態福祉的理解和監測。隨著科技的迭代更新和時間的推移，光譜儀變得更便攜、更智能、更容易操作。便攜式、緊湊型的光纖光譜儀可以直接安裝在環境中，進行現場觀測，具有原位測量的便利性。

便攜性：儀器體積輕便，更容易操作，易于室外攜帶

原位測量：可直接在現場安裝，省去遠距離樣本攜帶成本

快速檢測：媲美實驗室光譜儀的檢測精度，滿足各種檢測要求

數據管理：專業的數據管理平臺，聯網進行云端遠程管理

便攜式光譜儀的優勢功能吸引了廣泛的用戶，包括對實地工作的準確性感興趣的研究人員和科學家以及環境監測業務人員。對于后者，他們可以根據實地探測的需求，將具有成本效益和高度定制的光譜組件與堅固耐用的復雜儀器相結合，創造出新的實地采樣方法，促進了產品創新。通過光譜儀測試樣本的吸光度、反射率、輻照度和熒光光譜等，能夠獲得以下與水質相關的各種指標的信息：

葉綠素濃度

高葉綠素水平與高濃度的營養物質有關，這可以追溯到化糞池系統泄漏、廢水處理廠運行不良和肥料徑流。

懸浮沉積物

如粘土、土壤和淤泥顆粒，使水更加渾濁，并可能影響水質

總溶解固體

包括鹽、礦物質和金屬，可能表明存在其他污染物，損害水生物種并破壞生態系統。

顆粒物

其含量的增加會影響光的穿透深度，導致淺水湖泊和海灣更快地填滿并窒息底棲生境(在河流或湖底發現的棲生境)，影響植被生長和浮游植物等水生生物。

光譜檢測實例

來自美國一光譜儀公司的應用科學家測試了光譜學測量水質的功效。科學家們評估了佛羅里達州大坦帕灣地區兩個湖泊的水樣。在第一個實驗中，研究人員使用緊湊型模塊化光譜儀測量了湖水樣本以確定葉綠素a的濃度。在湖面的三個點收集樣品并進行吸光度測量(下圖)。每個樣本都顯示出不同的濃度水平，很可能與水溫、陽光照射和營養濃度的差異有關。在河水中也可以進行類似的測量，其中葉綠素a的濃度隨停留時間(物質在水中的持續時間)、河流流量和其他標準而變化。

湖水樣品中的葉綠素a濃度(毫克/升)。在三個點收集水樣，并使用模塊化測量葉綠素a濃度的差異光譜儀配置為吸光度。OD：光密度。

另一個令人感興趣的水質參數是湖泊和河流中顆粒物的存在。例如，德國一家光譜傳感器公司將光譜儀集成到其環境監測儀器中，其太陽能系統可以測量雪的反射率(下圖)。目的是檢測灰塵、黑碳和藻類的光譜信息，這些證據會影響融雪過程的速度、徑流的化學特性以及水流入附近山間溪流和河流后的富營養化(營養物質和礦物質的積累)。