(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210305316.6 (22)申请日 2022.03.25 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 马君　王杰　程凯　赵航　赵璐　 商祥年　黄阳玉　史晓凤　 (74)专利代理 机构 北京云嘉 湃富知识产权代理 有限公司 1 1678 专利代理师 谢子运 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种多环 芳烃海洋原位监测仪、 监测方法及 其应用 (57)摘要 本发明属于海洋污染原 位监测技术领域， 公 开了一种多环 芳烃海洋原位监测仪、 监测方法及 其应用。 所述监测方法包括： 水下监测舱原位定 量采集海水样本， 并将其与流动比色皿中金溶胶 增强基底混合， 通过聚焦于比色皿中的激光光束 激发出海水样品的光谱信号； 将表 面增强拉曼光 谱数据传输至水上终端； 通过识别海 水样品表面 增强拉曼光谱中的多环芳烃拉曼特征峰， 得到海 水中多环 芳烃的污染数据。 本发 明采样与混合机 构进样精度达到 ±10μL， 进样相对误差小于 0.5％， 满足表面增强拉曼光谱检测的要 求； 本发 明对于多环芳烃最低探测浓度低至2 ×10‑9mol/ L， 能够有效的监测海水中多环芳烃污染物； 本发 明装置最大功率仅为80W， 绿 色环保。 权利要求书4页 说明书11页 附图4页 CN 115046979 A 2022.09.13 CN 115046979 A 1.一种多环芳烃海洋原位监测仪， 其特征在于， 所述多环芳烃海洋原位监测仪包括： 水 下监测舱将采集的海水样品与金溶胶增强基底混合在流动比色皿(9)中， 并将激光会聚到 流动比色皿(9)内部， 同时激发出海 水样品的表面增强拉曼散射光信号； 收集海 水样品的表 面增强拉曼光谱， 将表面增强拉曼光谱数据传输至水上终端； 所述水上终端通过识别海水 样品表面增强拉曼光谱中的多环芳烃拉曼 特征峰， 得到海水中多环芳烃的污染数据。 2.根据权利要求1所述的多环芳烃海洋原位监测仪， 其特征在于， 所述水上终端位于甲 板上， 水上终端包括上位机和直流电源； 水上终端通过水密网缆对水下监测 舱直流供电以 及采用以太网通信； 所述水下监测 舱的内部集成光谱检测机构、 采样与混合机构和硬件控 制模块； 所述上位机通过软件界面给水下监测舱发送相应控制命令， 并回收状态和光谱数据 量； 所述光谱检测机构由光谱仪(201)、 激光器(202)和拉曼前置光路(203)组成， 用于海水 样品表面增强拉曼光谱的激发和收集； 所述采样与混合机构由切换阀(506)、 蠕动泵(507)、 增强基底存储仓(508)、 电磁阀 (509)、 外螺纹直通接头(510)、 过滤器(6)、 废液存储仓(503)、 节流阀(504)、 气压平衡瓶 (204)以及流动比色皿(9)组成， 用于进行海水样 品的定量采集、 将海水样 品与金溶胶增强 基底混合、 管路清洗以及排出混合废液并存 储； 所述硬件控制模块由步进电机驱动器(511)、 串口服务器(512)、 DC ‑DC电源(501)、 单片 机主控制器(502)和水密电气接头(7)组成； 用于接收水上终端的指令控制各器件工作， 并 将监测的温湿度数据实时传输 至水上终端； 串口服务器(512)用于通过以太网将水上终端与 监测舱内器件RS232通信 进行转换， 单 片机主控制器(502)用于实时光谱采集、 上传温湿度监测数据以及控制电磁阀(509)开关与 闭合， DC‑DC电源(501)对水上终端传输的电力进行降压处理以满足舱内器件电源需求， 步 进电机驱动器(51 1)用于控制蠕动泵(5 07)的运行。 3.根据权利要求2所述的多环芳烃海洋原位监测仪， 其特征在于， 所述光谱仪(201)用 于将海水样品的表面增强拉曼散射 光信号转换为电信号； 所述激光器用于发射785nm波长 激光束； 所述拉曼前置光路(203)用于将激光器发射的激光束进行扩束、 准直以及滤波后聚焦 至流动比色皿(9)内部， 激发出海 水样品的表面增强拉曼散射光信号， 还用于收集海水样品 的表面增强拉曼散射 光信号， 并进行 滤波处理后， 导入光谱仪(201)中； 所述蠕动泵(507)用于提供运输流体的动力， 通过控制蠕动泵(507)的转动步数从而控 制试剂的进样体积； 所述切换阀(506)具有公共通道以及六个子通道， 将流动比色皿(9)的下端接口与切换 阀(506)的公共通道连接， 海水采样通道、 舱内空气通道、 金溶胶增强基底通道以及排废通 道分别与切换阀(506)的子通道连接， 通过切换公共通道与子通道的连接， 用于将不同试剂 运输至流动比色皿(9)内以及排出流动比色皿(9)的废液； 所述电磁阀(509)用于打开或关闭海水采样通道， 由单片机主控制器(502)进行上电控 制， 进而控制舱内外通道的开启与闭合； 所述节流阀(5 04)用于调节海水采样时的流 量大小， 使舱内海水流速均匀；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115046979 A 2所述气压平衡瓶(204)内部有弹性袋子， 通过软管与流动比色皿(9)上端接口连接； 当 试剂进入比色皿(9)内部时， 比色皿内部的空气被排出到气压平衡瓶(204)中； 当排出废液 时， 气压平衡瓶(204)内的空气将返回至比色皿中； 所述过滤器(6)安装在水下监测舱的前端盖(8)外侧， 用于过滤海水样品中的泥沙、 悬 浮物； 所述外螺纹直通接头(510)用于将海水采样通道连接到水下监测舱的前端盖(8)内侧， 海水样品首 先经过过滤器(6)， 然后经 过预留在前端盖内部的通道， 进入 海水采样通道； 所述串口服务器(512)用于将水上终端以太网通信转换成RS232串口通信， 使所有串口 器件互联， 建立水 上终端上位机和舱内串口器件的通信线路； 所述步进电机驱动器(511)用于驱动蠕动泵(507)内的步进电机按设定的方向转过相 应的步距角； DC ‑DC电源(5 01)用于向用电器件提供24V/12 V/5V不同电压的直 流电； 水密电气接 头(7)用于提供 水密网缆接入水 下监测舱的接口。 4.根据权利要求3所述的多环芳烃海洋原位监测仪， 其特征在于， 所述光谱仪(201)通 过光纤与拉曼前置光路(203)的收集子光路进行耦合， 所述激光器(202)通过光纤与拉曼前 置光路(20 3)的激发子光路进行耦合； 光谱仪(201)、 激光器(202)和拉曼前置光路(203)呈品字形放置， 拉曼前置光路(203) 安装在前， 光谱仪(201)和激光器(202)安装在后， 均通过螺栓固定在密封舱(1)内的上层支 撑板(2)； 光谱仪(201)和激光器(202)的通信以及 供电线路通过预留在 上层支撑板(2)的过线孔 与设备硬件 控制模块连接； 所述过滤器(6)采用不锈钢过滤网， 用于过滤水样品中的泥沙、 悬浮物颗粒物； 所述过 滤器(6)通过螺纹固定在前端盖(8)外侧上； 所述外螺纹直通接头(510)通过螺纹和O型圈安装在前端盖(8)内侧上， 用于将不锈钢 卡套管连接到前端盖(8)上从而组成水样品进入密封舱(1)内的管道； 所述电磁阀(509)通过螺栓安装在下层支撑板(5)， 并通过不锈钢卡套管与外螺纹直通 接头(510)卡套接口一侧连接； 所述节流阀(504)安装在电磁阀(509)的另一侧， 并通过不锈 钢卡套管与电磁阀(5 09)连接； 所述金溶胶存储仓(508)通过U型箍安装在下层支撑板(5)上， 用于存放装有金溶胶的 弹性袋子； 所述废液存储仓(503)通过U型箍安装在下层支撑板(5)上用于存放装有废液的弹性袋 子。 5.根据权利要求3所述的多环芳烃海洋原位监测仪， 其特征在于， 所述气压平衡瓶 (204)通过U型箍安装在上层支撑板(2)上， 用于固定气压平衡弹性袋子， 采用特氟龙管将气 压平衡弹性袋子与所述 流动比色皿(9)的一个接口连接； 所述切换阀(506)为多通道切换阀， 切换阀(506)各个通道采用特氟龙管和倒锥接头依 次与节流阀(504)和金溶胶存储仓(508)、 废液存储仓(503)以及气压平衡瓶(204)内的弹性 袋子连接； 所述切换 阀(506)平行安装在下层支撑板(5)上， 并通过U型箍固定； 所述蠕动泵(507) 的入水口通过倒锥接头与所述切换阀(506)的公共通道连接， 泵管出水口与所述流动比色权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115046979 A 3