[發明專利]一種高鋅背景下痕量多金屬離子檢測光譜微分預處理方法

有效

• 申請號: 201810994636.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109115704B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 陽春華;吳書君;朱紅求;李勇剛;程菲;龔娟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種高鋅背景下痕量多金屬離子檢測光譜微分預處理方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：計算待測痕量金屬離子在不同微分階次下的覆蓋度和失真度；

其中，首先獲取基于高鋅背景的痕量單金屬離子溶液和痕量多金屬離子混合溶液的光譜信號圖并進行不同微分階次的處理，再基于處理后的光譜信號圖計算高鋅背景下待測痕量金屬離子在不同微分階次下的覆蓋度和失真度；

所述覆蓋度是依據信號掩蔽程度和信號重疊程度而設定，用于表示待測痕量金屬離子的可用信息和受干擾程度，所述覆蓋度的計算過程如下：

S11：獲取待測離子的光譜信號與總光譜信號的吸光度之比小于0.5的波長點數；

S12：再計算S11獲取的波長點數與光譜信號圖總波長點數的商，并將所述商作為覆蓋度；

所述失真度用于表示待測痕量金屬離子的微分濾波預處理后的光譜與原始光譜信息間的差異；

S2：基于待測痕量金屬離子在不同微分階次下的覆蓋度和失真度分別擬合出待測痕量金屬離子的覆蓋度與微分階次的函數關系以及失真度與微分階次的函數關系；

S3：計算出每個待測痕量金屬離子的非劣解集；

其中，首先基于每個待測痕量金屬離子的覆蓋度與微分階次的函數關系以及失真度與微分階次的函數關系分別構建出對應每個待測痕量金屬離子的多目標優化問題，再基于多目標粒子群優化算法對每個待測痕量金屬離子的多目標優化問題進行求解得到每個待測痕量金屬離子的非劣解集；

其中，所述非劣解集包括滿足性能要求下的微分階次及其對應的覆蓋度和失真度；構建的多目標優化問題為：以覆蓋度最小和失真度最小為優化目標，以微分階次為決策變量；

S4：從每個待測痕量金屬離子的非劣解集中分別選擇一個階次作為待測痕量金屬離子的最優微分階次，并基于對應的最優微分階次對每個待測痕量金屬離子的光譜信號圖進行微分導數濾波預處理。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述待測痕量金屬離子的失真度的計算公式如下：

式中，G為待測痕量金屬離子的失真度，A_i^I為物質光譜信號矩陣A^I中第i個波長點對應的元素，A_i^R表示真實光譜信號矩陣A^R中第i個波長點對應的元素，N為波長點總數；

其中，光譜信號矩陣為每個波長點下的吸光度。

3.根據權利要求1或2任一項所述的方法，其特征在于：所述光譜信號中的波長點數是基于光譜掃描范圍和光譜掃描間隔設置，所述光譜掃描范圍為400-800nm，光譜掃描間隔為1nm。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S2構建的所述多目標優化問題如下：

min J₁(x)＝F(x)

min J₂(x)＝G(x)

s.t.0≤x≤2

式中，x為決策變量，即微分階次，F(x)為所述覆蓋度擬合函數，G(x)表示所述失真度擬合函數，J₁(x)、J₂(x)分別表示以覆蓋度和失真度為指標的優化目標。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S4中最優微分階次的選取規則為：非劣解集中滿足失真度小于或等于0.5時，覆蓋度最低的微分階次。