[發(fā)明專利]基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量檢測牛奶中重金屬元素的方法

在審

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• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111693512A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳達(dá);呂月;宗婧;張鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量檢測牛奶中重金屬元素的方法，包括：利用前處理富集裝置對樣品牛奶進(jìn)行前處理，獲得樣品牛奶的光譜信息數(shù)據(jù)；從上述光譜信息數(shù)據(jù)中挑選出待測元素分析譜峰，使用合金電極含有的元素進(jìn)行歸一化處理；結(jié)合高密度小波變換和競爭自適應(yīng)重加權(quán)算法進(jìn)行光譜預(yù)處理；利用偏最小二乘回歸法建立最優(yōu)校正模型，并利用預(yù)測集驗(yàn)證校正模型效果；對待測牛奶樣品的重金屬元素含量進(jìn)行測定。本發(fā)明通過使用前處理富集裝置，將牛奶中的重金屬元素置換到固體上，再采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)檢測，具有快速、操作簡便、對儀器要求低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效的提升牛奶中重元素定量檢測的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重金屬檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量檢測牛奶中重金屬元素的方法。

背景技術(shù)

牛奶中的重金屬污染，會對人體健康造成很嚴(yán)重的危害。因此，有嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)控制其重金屬的限量及相關(guān)檢測方法。

目前標(biāo)準(zhǔn)檢測方法有電化學(xué)法，原子吸收光譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等。這些方法具有前處理過程繁瑣，檢測過程復(fù)雜，檢測時間長，對實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)人員要求高等缺點(diǎn)。

因此，如何提出一種新的檢測方法，能夠簡單快速的檢測牛奶中重金屬元素含量成為業(yè)界亟待解決的重要課題。

近年來，激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技術(shù)以其靈敏度高、操作簡便、對樣品破壞性小等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注。LIBS系統(tǒng)通過使用高能量激光聚焦照射到樣品表面，形成激光等離子體，從而產(chǎn)生原子發(fā)射光譜，利用采集到的光譜可以對樣品中幾乎所有元素進(jìn)行定性與定量分析。因此，可以利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)來快速定量檢測牛奶中重金屬的含量。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)定量檢測牛奶中重金屬元素的方法，旨在實(shí)現(xiàn)快速、操作簡便的檢測。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量檢測牛奶中重金屬元素的方法，包括以下步驟：

步驟一、利用前處理富集裝置，將樣品牛奶中的重金屬置換到合金電極上，使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測合金電極，獲得樣品牛奶的光譜信息數(shù)據(jù)；

步驟二、從上述光譜信息數(shù)據(jù)中挑選出待測元素分析譜峰，使用合金電極含有的元素進(jìn)行歸一化處理；結(jié)合高密度小波變換和競爭自適應(yīng)重加權(quán)算法進(jìn)行光譜預(yù)處理；

步驟三、利用偏最小二乘回歸法建立校正模型，并利用預(yù)測集驗(yàn)證校正模型效果；

步驟四、對待測牛奶樣品的重金屬元素含量進(jìn)行測定，包括：按照步驟一采集到待測牛奶的光譜數(shù)據(jù)，按照步驟二進(jìn)行待測牛奶的光譜預(yù)處理，將預(yù)處理后的光譜輸入步驟三得到的校正模型，即測得牛奶中重金屬元素含量。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量檢測牛奶中重金屬元素的方法，其中，步驟一的具體過程是，取適量樣品牛奶，加入適量的1mol/L鹽酸，調(diào)節(jié)牛奶pH至4.6±0.1(蛋白質(zhì)等電點(diǎn))；12000rpm離心5min，取上清液放入一燒杯中，將固定有已使用導(dǎo)電膠連接好的石墨電極和合金電極的固定板放入燒杯中，等待1分鐘；取出固定板卸下合金電極；利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)進(jìn)行合金電極的光譜數(shù)據(jù)采集，其中，激光器激光波長為1064nm，激光能量為100-150mJ；光譜儀波長響應(yīng)范圍為200～880nm，光學(xué)分辨率為0.1nm半峰全寬；選取合金電極反應(yīng)區(qū)域的20個點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，其中每點(diǎn)采集1次光譜，計(jì)算得到的20個數(shù)據(jù)的平均值作為該樣品牛奶的光譜信息數(shù)據(jù)。