[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

本發明公開了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，包括：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；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；計算出每個待測痕量金屬離子的非劣解集；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。本發明通過所述方法實現不同待測痕量離子優化光譜信號微分階次，減少離子光譜覆蓋率，同時降低噪聲干擾，實現高鋅背景光譜信號預處理。

技術領域

本發明屬于光譜信號分析預處理領域，具體涉及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。

背景技術

多金屬離子同時檢測是分析檢測領域研究的重點，紫外可見分光光度法(UV-Vis)是一種重要的、易于實現在線多金屬離子濃度檢測的光譜方法。傳統紫外可見分光光度法檢測主要面向低濃度的單金屬或多金屬離子溶液，在基體與待測離子濃度比高達6萬倍的高鋅背景下，多種金屬離子化學特性相近，痕量金屬離子靈敏度低、有效波段窄，信號被重疊、覆蓋嚴重，高鋅背景下痕量多金屬離子難以檢測。因此，傳統的紫外可見分光光度法無法適用于高鋅背景下痕量多金屬離子的分析檢測。

光譜預處理是光譜分析技術中的關鍵步驟，旨在消除噪音，減少信號重疊、干擾，實現分離檢測。合適的光譜預處理方法可以提高分析模型的穩健性和預測能力，目前國內外對于光譜預處理的研究主要有兩種：(1)光譜去噪，如小波變換在信號分析中的應用十分廣泛。按閾值劃分可分為小波硬閾值變換和小波軟閾值變換，硬閾值變換失真少，軟閾值變換更加平滑。(2)信號提取，傳統的光譜預處理方法為導數預處理。導數光譜預處理一般為一階、二階等整數微分，不同階次的光譜預處理對于信號提取效果不同，合適的光譜預處理階次能更好的提取被掩蔽的待測離子信息。現有的光譜預處理主要是面向低濃度溶液光譜信號的整數階次導數光譜，并無在高鋅背景下痕量多金屬離子光譜信號檢測；此外，傳統整數階次是根據經驗來選擇的，但是實際上使用低階微分時噪聲小、信噪比高，但是存在多種金屬離子信號重疊，無法有效解決痕量多金屬離子微弱信號被嚴重覆蓋、掩蔽的問題；使用高階微分時，雖然待測離子顯現信號特征，但微分次數過多導致噪聲增大、光譜信噪比降低，信號失真嚴重，可信度降低。由此可知，對待測離子而言，過高或過低的階次均會降低可靠性，選擇合適的階次至關重要，故傳統整數階次導數光譜無法兼顧信號提取和光譜噪聲，并沒有選擇出合適的階次。此外，高鋅背景下痕量多金屬離子光譜信號檢測少有研究，其基于信號提取的光譜預處理方法發展不夠完善，常規面向低濃度溶液。

發明內容

本發明的目的是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，實現在高鋅背景下為痕量多金屬離子選擇出合適的微分階次再進行微分預處理即針對不同待測痕量離子優化信號微分階次，減少離子光譜覆蓋率，提取待測離子光譜信息，同時降低噪聲干擾，實現高鋅背景光譜信號預處理，為高鋅背景下痕量多金屬離子濃度的同時檢測奠定基礎。

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，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；