[发明专利]一种基于集合经验模态分解的多环芳烃荧光光谱去噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境检测领域，尤其是一种多环芳烃荧光光谱信号去噪方法。

背景技术

多环芳烃是一类由两个或两个以上苯环组成的挥发性碳氢化合物，溶液具 有一定荧光，其环状结构十分稳定，难以降解，是一类全球性的污染物。这些 年爆发的水污染，大气污染等事件，都与多环芳烃息息相关，并且许多多环芳 烃都具有致癌性，致畸性。这些因素使多环芳烃成为典型的持久性有机污染物， 影响着人类的生存和发展，因此对多环芳烃的研究具有重要意义。

目前国内外检测多环芳烃的方法主要有气相色谱法，高效液相色谱法、气 相色谱/质谱联用法等。在刘艇飞，陈彤，孙春燕和肖晓峰申请的发明专利(申 请号：201610893350.4)所述方法中，将塑料制品粉碎后，用正乙烷和二氯甲烷 有机溶剂进行分离提纯，然后利用气相色谱串联质谱，对塑料中的18中多环芳 烃进行检测。在任雯，刘光全和王蓉沙申请的发明专利(申请号：201410658017.6) 所述方法中，利用柱层析法对含油污泥中的多环芳烃进行检测。用柱层析有一 定分离效果，但无法进行准确的定性和定量分析。用气相色谱法、高效液相色 谱法或质谱法都能同时进行定性和定量分析，但对样品要求很高，要进行预处 理，操作繁琐，需要大量有机试剂，以去除大量的杂质。

多环芳烃多具有刚性平面结构，在合适的波长激发下，会产生较强的荧光。 荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、方法简便等优点。因此三维荧光分析法 已被广泛应用于环境中多环芳烃的定性定量分析。但是，由于待分析的多环芳 烃多处在复杂的基质中，且种类繁多、结构相似，而且在实验过程光源、光路 的噪声干扰，以及背景噪声的干扰是无法避免的，由此可见，选取正确的去噪 方法可以有效地提取多环芳烃的荧光光谱信息，提高多环芳烃的检测精度。因 此寻求一种快速、简便、有效的水体中多环芳烃含量的筛查技术就显得十分必 要。

发明内容

本发明目的在于提供一种操作方便、方法简单的基于集合经验模态分解的 多环芳烃荧光光谱去噪方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明主要包括荧光光谱仪、天 平、定容瓶、苯并芘BaP、甲醇溶剂，所述方法步骤如下：

步骤一，打开荧光光谱仪的制冷器，待温度降到-17℃以下时进行实验；配 制0.004ug/mlBaP溶液；实验用苯并芘BaP由中国计量科学研究院提供；溶剂甲 醇为色谱纯；

设置荧光光谱仪参数：激发波长250nm～400nm，发射波长300nm～500nm， 步长为2nm，狭缝宽度为2.5nm，扫描积分时间为0.1S，实验温度恒定为20℃； 通过荧光光谱仪得到BaP的三维荧光光谱图和等高线光谱图，选取荧光峰值所 在发射波长为404nm、激发波长290nm-400nm处的荧光数据进行去噪；

步骤二，对发射波长为404nm、激发波长290nm-400nm的荧光数据进行集 合经验模态去噪；利用集合经验模态分解法对荧光光谱信号进行分解，得到荧 光信号的本征模态函数分量IMF₁，IMF₂，...，IMF_n；根据IMF_n与原始信号的互 相关系数筛选出荧光信号的IMF分量，重构荧光光谱图；

步骤三，对BaP的荧光光谱进行二维小波去噪；选取二维小波信号，对二 维信号进行小波分解，得到各分解系数；对高频系数进行阈值量化处理，采用 Birge-Massart策略对阈值进行设定；对小波分解后的低频系数和经过阈值量化 处理后的高频系数进行信号重构，重构荧光光谱图。

进一步的，步骤一中所述荧光光谱仪为FS920(Edinburgh Instrument,England) 荧光光谱仪。

进一步的，步骤二中，EEMD算法的过程如下：

(1)新信号X_i(t)由原始信号x(t)与高斯白噪声n_i(t)进行叠加得到：

X_i(t)＝x(t)+n_i(t)，i＝1,2,3…i＜M(1)

式中i表示次数；M表示次数的最大值一般为100；经过多次试验

(2)对X_i(t)进行EMD分解，得到各阶IMF分量c_i,s(t)，对信号进行重构有：

式中c_i,s(t)表示IMF分量；S表示IMF的数目；r_i,s(t)表示残差；