虹科案例|光谱监测揭示河流和湖泊生态系统的健康状况

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。

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。曾经被认为在室外不切实际的应用程序现在已经变得司空见惯。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，比采集样品并准备实验室分析时更直接、更灵活地监测各种参数。

紫外-可见光谱的优点包括使用紧凑和精心设计的仪器收集原位测量的便利性，特别是与传统方法相比，模块化光谱仪的便携性与提取和制备样品以在实验室进行分析所需的工作量，现代光谱仪的低功耗要求，使长期现场使用更易于管理，以及自动将实时测量数据从现场仪表传输到基于云的数据环境以进行更详细分析和存储的能力。

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。

虹科便携式光谱仪

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，例如：

• 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。这些升高的营养水平与导致藻华的蓝藻的存在有关，蓝藻会耗尽溶解氧水平。

• 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。此外，即使在被认为对人类安全的水平上，高浓度的溶解固体也可能损害水生物种并破坏生态系统。

• 颗粒物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。

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。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2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。目的是检测灰尘、黑碳和藻类的光谱证据，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）。

由小型太阳能电池板供电的基于光谱仪的系统测量雪的反射率并跟踪灰尘、藻类和污染中的杂质。这些数据可以帮助预测融雪可能影响水质的区域。

近年来，使用灵活的光学传感工具来理解和获取有关地表水的信息以及获取此类信息的能力有了显着提高。更高分辨率的光学传感仪器以及更复杂算法的出现，能够有助于科研人员从光学特性中提取的数据，适应不断变化的监管需求，以实现更清洁、更健康的淡水生态系统。

审核编辑黄宇