河流是全球眾多城市和社區(qū)的重要自然資源。保持獲得清潔水以及生態(tài)健康的河流和地表水對于推動區(qū)域經(jīng)濟、支持人類和水生物種的健康以及提供娛樂至關(guān)重要。維護河流和湖泊生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性需要研究人員、監(jiān)管機構(gòu)、行業(yè)和公民之間的合作，以及適應性強的光學傳感技術(shù)，以幫助監(jiān)測水質(zhì)和成分的變化。

科學家們正在使用光譜學等技術(shù)來跟蹤流水及其周圍環(huán)境的穩(wěn)定性和健康狀況。在水中發(fā)現(xiàn)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(shù)提供紫外-可見分光光度計數(shù)據(jù)，以幫助人類提高對河流和湖泊生態(tài)福祉的理解和監(jiān)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。曾經(jīng)被認為在室外不切實際的應用程序現(xiàn)在已經(jīng)變得司空見慣。便攜式、緊湊型的光纖光譜儀可以直接安裝在環(huán)境中，進行現(xiàn)場觀測，比采集樣品并準備實驗室分析時更直接、更靈活地監(jiān)測各種參數(shù)。

紫外-可見光譜的優(yōu)點包括使用緊湊和精心設計的儀器收集原位測量的便利性，特別是與傳統(tǒng)方法相比，模塊化光譜儀的便攜性與提取和制備樣品以在實驗室進行分析所需的工作量，現(xiàn)代光譜儀的低功耗要求，使長期現(xiàn)場使用更易于管理，以及自動將實時測量數(shù)據(jù)從現(xiàn)場儀表傳輸?shù)交谠频臄?shù)據(jù)環(huán)境以進行更詳細分析和存儲的能力。

便攜式光譜儀的優(yōu)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(huán)境監(jiān)測業(yè)務人員。對于后者，他們可以根據(jù)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(jié)合，創(chuàng)造出新的實地采樣方法，促進了產(chǎn)品創(chuàng)新。

虹科便攜式光譜儀

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(zhì)相關(guān)的各種指標的信息，例如：

? 高葉綠素水平與高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)，這可以追溯到化糞池系統(tǒng)泄漏、廢水處理廠運行不良和肥料徑流。這些升高的營養(yǎng)水平與導致藻華的藍藻的存在有關(guān)，藍藻會耗盡溶解氧水平。

? 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(zhì)。

? 總?cè)芙夤腆w（包括鹽、礦物質(zhì)和金屬）可能表明存在其他污染物。此外，即使在被認為對人類安全的水平上，高濃度的溶解固體也可能損害水生物種并破壞生態(tài)系統(tǒng)。

? 顆粒物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(fā)現(xiàn)的棲生境），影響植被生長和浮游植物等水生生物。

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(zhì)的功效。科學家們評估了佛羅里達州大坦帕灣地區(qū)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。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(yǎng)濃度的差異有關(guān)。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(zhì)在水中的持續(xù)時間）、河流流量和其他標準2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(zhì)參數(shù)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(huán)境監(jiān)測儀器中，其太陽能系統(tǒng)可以測量雪的反射率。目的是檢測灰塵、黑碳和藻類的光譜證據(jù)，這些證據(jù)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(yǎng)化（營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)的積累）。

由小型太陽能電池板供電的基于光譜儀的系統(tǒng)測量雪的反射率并跟蹤灰塵、藻類和污染中的雜質(zhì)。這些數(shù)據(jù)可以幫助預測融雪可能影響水質(zhì)的區(qū)域。

近年來，使用靈活的光學傳感工具來理解和獲取有關(guān)地表水的信息以及獲取此類信息的能力有了顯著提高。更高分辨率的光學傳感儀器以及更復雜算法的出現(xiàn)，能夠有助于科研人員從光學特性中提取的數(shù)據(jù)，適應不斷變化的監(jiān)管需求，以實現(xiàn)更清潔、更健康的淡水生態(tài)系統(tǒng)。

審核編輯黃宇