[发明专利]一种高锌背景下痕量多金属离子检测光谱微分预处理方法

说明书

本发明公开了一种高锌背景下痕量多金属离子检测光谱微分预处理方法，包括：计算待测痕量金属离子在不同微分阶次下的覆盖度和失真度；基于待测痕量金属离子在不同微分阶次下的覆盖度和失真度分别拟合出待测痕量金属离子的覆盖度与微分阶次的函数关系以及失真度与微分阶次的函数关系；计算出每个待测痕量金属离子的非劣解集；从每个待测痕量金属离子的非劣解集中分别选择一个阶次作为待测痕量金属离子的最优微分阶次，并基于对应的最优微分阶次对每个待测痕量金属离子的光谱信号图进行微分导数滤波预处理。本发明通过所述方法实现不同待测痕量离子优化光谱信号微分阶次，减少离子光谱覆盖率，同时降低噪声干扰，实现高锌背景光谱信号预处理。

技术领域

本发明属于光谱信号分析预处理领域，具体涉及一种高锌背景下痕量多金属离子检测光谱微分预处理方法。

背景技术

多金属离子同时检测是分析检测领域研究的重点，紫外可见分光光度法(UV-Vis)是一种重要的、易于实现在线多金属离子浓度检测的光谱方法。传统紫外可见分光光度法检测主要面向低浓度的单金属或多金属离子溶液，在基体与待测离子浓度比高达6万倍的高锌背景下，多种金属离子化学特性相近，痕量金属离子灵敏度低、有效波段窄，信号被重叠、覆盖严重，高锌背景下痕量多金属离子难以检测。因此，传统的紫外可见分光光度法无法适用于高锌背景下痕量多金属离子的分析检测。

光谱预处理是光谱分析技术中的关键步骤，旨在消除噪音，减少信号重叠、干扰，实现分离检测。合适的光谱预处理方法可以提高分析模型的稳健性和预测能力，目前国内外对于光谱预处理的研究主要有两种：(1)光谱去噪，如小波变换在信号分析中的应用十分广泛。按阈值划分可分为小波硬阈值变换和小波软阈值变换，硬阈值变换失真少，软阈值变换更加平滑。(2)信号提取，传统的光谱预处理方法为导数预处理。导数光谱预处理一般为一阶、二阶等整数微分，不同阶次的光谱预处理对于信号提取效果不同，合适的光谱预处理阶次能更好的提取被掩蔽的待测离子信息。现有的光谱预处理主要是面向低浓度溶液光谱信号的整数阶次导数光谱，并无在高锌背景下痕量多金属离子光谱信号检测；此外，传统整数阶次是根据经验来选择的，但是实际上使用低阶微分时噪声小、信噪比高，但是存在多种金属离子信号重叠，无法有效解决痕量多金属离子微弱信号被严重覆盖、掩蔽的问题；使用高阶微分时，虽然待测离子显现信号特征，但微分次数过多导致噪声增大、光谱信噪比降低，信号失真严重，可信度降低。由此可知，对待测离子而言，过高或过低的阶次均会降低可靠性，选择合适的阶次至关重要，故传统整数阶次导数光谱无法兼顾信号提取和光谱噪声，并没有选择出合适的阶次。此外，高锌背景下痕量多金属离子光谱信号检测少有研究，其基于信号提取的光谱预处理方法发展不够完善，常规面向低浓度溶液。

发明内容

本发明的目的是一种高锌背景下痕量多金属离子检测光谱微分预处理方法，实现在高锌背景下为痕量多金属离子选择出合适的微分阶次再进行微分预处理即针对不同待测痕量离子优化信号微分阶次，减少离子光谱覆盖率，提取待测离子光谱信息，同时降低噪声干扰，实现高锌背景光谱信号预处理，为高锌背景下痕量多金属离子浓度的同时检测奠定基础。

一种高锌背景下痕量多金属离子检测光谱微分预处理方法，包括如下步骤：

S1：计算待测痕量金属离子在不同微分阶次下的覆盖度和失真度；

其中，首先获取基于高锌背景的痕量单金属离子溶液和痕量多金属离子混合溶液的光谱信号图并进行不同微分阶次的处理，再基于处理后的光谱信号图计算高锌背景下待测痕量金属离子在不同微分阶次下的覆盖度和失真度；

所述覆盖度是依据信号掩蔽程度和信号重叠程度而设定，用于表示待测痕量金属离子的可用信息和受干扰程度；

所述失真度用于表示待测痕量金属离子的微分滤波预处理后的光谱与原始光谱信息间的差异；

S2：基于待测痕量金属离子在不同微分阶次下的覆盖度和失真度分别拟合出待测痕量金属离子的覆盖度与微分阶次的函数关系以及失真度与微分阶次的函数关系；