[發明專利]基于LIBS的單顆粒微塑料復合重金屬污染的無損檢測方法

在審

• 申請號: 201911036903.4
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110907430A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 陳熙;陳孝敬;徐邈;孟留偉;石文;黃光造;李里敏;朱德華
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 劉建龍

基于LIBS的單顆粒微塑料復合重金屬污染的無損檢測方法，屬于海域環境重金屬污染檢測領域，解決了現有基于生化方式的重金屬污染檢測方法無法對單顆粒微塑料重金屬污染進行快速、無損及全元素檢測的問題。所述方法：獲取多個以吸附重金屬離子的單顆粒微塑料實驗樣本為元素的實驗樣本集，獲取每個實驗樣本集的子集對應的LIBS光譜樣本子集，提取每個LIBS光譜樣本子集內的每個LIBS光譜樣本的對應于相應重金屬元素的特征波段，將每個LIBS光譜樣本子集分為訓練樣本和修正樣本，根據訓練樣本建立單顆粒微塑料復合重金屬污染檢測模型并根據修正樣本對該模型進行修正，進而根據該模型對來自目標海域環境中的待測樣本進行檢測。

技術領域

本發明涉及一種檢測方法，尤其涉及一種基于LIBS的海域環境中單顆粒微塑料復合重金屬污染的快速、無損及全元素檢測方法，屬于海域環境重金屬污染檢測領域。

背景技術

近年來，我國海域環境的重金屬污染呈加重之勢。在海域環境中，作為污染源的重金屬離子主要富集在懸浮物和沉積物上，這其中，又以顆粒懸浮物的重金屬離子富集含量為最高。海域顆粒懸浮物的主要代表為微塑料，由于微塑料具有疏水性，微塑料的表面吸附有大量來自于海域環境中的重金屬離子，是海域環境重金屬污染的主要載體。因此，微塑料的重金屬污染檢測結果能夠直觀地反映海域環境的重金屬污染程度。

然而，對于微塑料的重金屬污染檢測，現有重金屬污染檢測方法卻存在有以下問題：

一、基于化學方式的重金屬污染檢測方法，例如火焰原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法、原子熒光光譜法和電化學法等，不僅需要復雜的樣本前處理，而且檢測過程耗時費力，操作復雜，成本高，有時需要破壞檢測樣本無法滿足微塑料表面重金屬富集機制性研究中的重復性無損檢測要求。

二、基于生物方式的重金屬污染檢測方法，例如生物傳感器法和酶聯免疫吸附法等，不僅制作繁瑣、難儲存，而且只能針對性地檢測某一種重金屬元素。

除以上兩點外，現有基于化學方式的重金屬污染檢測方法和基于生物方式的重金屬污染檢測方法還具有以下共性問題：

檢測限低，需要先富集一定數量微塑料樣本表面的重金屬離子得到檢測限。

激光誘導擊穿光譜技術(Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)是一種通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，進而對等離子體發射光譜進行分析以確定樣品的物質成分及含量的檢測技術。由于超短脈沖激光聚焦后能量密度較高，可以將任何物態(固態、液態、氣態)的樣品激發形成等離子體。因此，激光誘導擊穿光譜技術在原則上可以分析任何物態的樣品，僅受到激光的功率以及攝譜儀、檢測器的靈敏度和波長范圍的限制。

發明內容

本發明為解決現有基于生化方式的重金屬污染檢測方法無法實現對單顆粒微塑料重金屬污染的快速、無損及全元素檢測的問題，提出了一種基于LIBS的單顆粒微塑料復合重金屬污染的無損檢測方法。

本發明所述的基于LIBS的單顆粒微塑料復合重金屬污染的無損檢測方法包括以下步驟：

獲取多個以吸附有重金屬離子的單顆粒微塑料實驗樣本為集合元素的實驗樣本集：每個實驗樣本集所吸附重金屬離子的種類不同，每個實驗樣本集均包含多個實驗樣本子集，同一實驗樣本集內每個實驗樣本子集所吸附重金屬離子的種類相同、濃度不同，同一實驗樣本子集內每個實驗樣本所吸附重金屬離子的種類和濃度均相同；

獲取每個實驗樣本子集對應的LIBS光譜樣本子集；

對每個LIBS光譜樣本子集內的每個LIBS光譜樣本進行預處理；

提取預處理后的每個LIBS光譜樣本的對應于相應重金屬元素的特征波段；

將預處理后的每個LIBS光譜樣本子集內的LIBS光譜樣本劃分為訓練樣本和修正樣本；