CN113237938A - 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法 - Google Patents

基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113237938A
CN113237938A CN202110503880.4A CN202110503880A CN113237938A CN 113237938 A CN113237938 A CN 113237938A CN 202110503880 A CN202110503880 A CN 202110503880A CN 113237938 A CN113237938 A CN 113237938A
Authority
CN
China
Prior art keywords
peak
point
order differential
potential
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110503880.4A
Other languages
English (en)
Inventor
范芫钟
严百平
权星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Labsun Bio Instrument Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Labsun Bio Instrument Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Labsun Bio Instrument Co ltd filed Critical Shenzhen Labsun Bio Instrument Co ltd
Priority to CN202110503880.4A priority Critical patent/CN113237938A/zh
Publication of CN113237938A publication Critical patent/CN113237938A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明涉及在线检测水体中的重金属技术领域，特别涉及基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，包括测定标准溶液，获得电位扫描曲线，再通过二阶微分扫描获得相应曲线，选取二阶微分曲线最小值的电位点作为信号峰顶点，以信号峰顶点为起点，分别对信号峰顶点左右两边的数据进行计算和处理，设置适当的积分窗口，对积分窗口进行积分得到标准液峰面积，再分别测定空白溶液和待测溶液，分别获得电位扫描曲线；在对应的积分窗口进行积分，根据峰面积‑浓度关系可以确定相应的待测成分的浓度。本发明不需要设置额外的经验性参数进行峰左右极限的选点，可通过实测的二阶微分曲线确定积分窗口的实际位置，具有很好的适应性、重现性和抗涨落效果。

Description

基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法
技术领域
本发明涉及在线检测水体中的重金属技术领域，特别涉及基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法。
背景技术
随着城市的扩大和大规模工业的发展，大气、土壤、水环境中均存在重金属污染。重金属污染是危害最大的水污染问题之一，重金属元素往往长期积累在生物体内不可降解，即使在极其微量的情况下也会产生不良后果，严重威胁人类和水生生物的生存。目前，通常用于环境水样中的微量金属离子监测方法有原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体质谱分析法(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、高效液相色谱法、免疫分析法等。基于原子发射光谱技术的分析系统，如AAS、ICP-MS、ICP-AES，应用较为广泛，具有灵敏度高、检测限低、干扰小等优点。然而，这些仪器较为昂贵，笨重，功耗大，样品检测容易发生污染和损失，不适合现场实时监测领域。与原子发射光谱技术和电感耦合等离子体质谱分析法相比，基于电化学检测机理的水体重金属离子监测仪器具有设备简单、分析成本低、检测时间快、可现场监测的优点，在痕量重金属离子分析领域中获得了广泛的应用。
然而，针对电分析而言，其数据信号受制于取样情况，按照方波扫描法的原理，针对电流-电位曲线，只要在脉冲周期的固定区间且电容电流信号显著衰减的范围内取样，可以在降低噪音信号的同时，也能降低电容电流的信号响应，由此电分析并不需要进行额外的滤波平滑操作。如果需要在此基础上提高分析准确度，需要提供误差尽量小的峰面积对应窗口。但目前基于阳极溶出伏安法的在线仪器，其中的电极，尤其是参比电极，存在长期使用后，金属元素溶出峰的电位会明显发生偏移的情况。另外，由于很多实际检测的在线仪器需要手动针对所测的金属元素进行积分窗口调整，然后根据峰顶峰谷的位置决定半峰宽。
发明内容
针对以上述背景技术的不足，本发明提供一种基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法。
本发明采用的技术方案如下：一种基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，关键在于包括以下步骤：
S1.采用伏安法测定标准溶液，获得电位扫描曲线；
S2.平滑电位扫描曲线；
S3.获取扫描曲线的二阶微分曲线；
S4.选出整条二阶微分曲线的局域最小值，局域最小值对应了待测金属元素，其电位点作为信号峰顶点；
S5.以信号峰顶点为起点，分别对信号峰顶点左右两边的数据进行计算和处理，以确定信号峰的峰起点和峰终点，峰起点和峰终点之间的区间为积分窗口，对积分窗口进行积分得到标准液峰面积；
S6.采用伏安法分别测定空白溶液和待测溶液，分别获得电位扫描曲线；
S7.分别将空白溶液和待测溶液的电位扫描曲线在对应的积分窗口进行积分，得到空白液峰面积和待测液峰面积；
S8.根据峰面积-浓度关系可以确定相应的待测成分的浓度。
优选的，S2中采用Savitzy-Golay算法进行曲线平滑。
优选的，S5中，以信号峰顶点为起点向左边搜索第一个最大值的电位点，作为峰起点。
优选的，S5中，以信号峰顶点为起点向右边搜索第一个最大值的电位点，作为峰终点。
优选的，S5和S7中，峰起点和峰终点之间的直线与电位信号所围成的面积便是峰面积。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，通过设计自寻峰代码，采用全局寻峰，确定其全局最小值确定其峰值，在获得信号峰峰值之后，在最终选择的峰范围内做出调整，去掉边缘部分的积分区间，自动获取一个误差较小的积分窗口，然后予以积分，积分即可得到其对应的峰面积。该处理方法所确定的左右极限，在扫描伏安曲线中，对应了峰电流响应的变化的绝对值大于一次函数的区间，在多次的实际测试中，该区间对应的相对误差变化较小；相较线性本底法，不需要进行误差较大的基线取点判断，只保留精确度最高的约60％宽度的信号峰积区间，也不需要设置额外的经验性参数进行峰左右极限的选点，可以通过实测的二阶微分曲线确定积分窗口的实际位置，具有很好的适应性，也有相当不错的重现性和抗涨落效果。
附图说明
图1为实施例1的阳极氧化溶出曲线；
图2为实施例1的二阶微分曲线图；
图3为实施例4的阳极氧化溶出曲线；
图4为实施例4的二阶微分曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1测试水体中Cd、Pb、Cu的浓度
S1.采用伏安法测定Cd、Pb、Cu混合标准溶液(Cd、Pb、Cu的浓度均为25ppb)，设置方波电位增量7mV，振幅25mV，频率200Hz，获得电位扫描曲线；
S2.采用Savitzy-Golay算法进行曲线平滑；
S3.获取扫描曲线的二阶微分曲线；
S4.分别选取Cd、Pb、Cu曲线最小值的电位点作为各自信号峰顶点；
S5.以信号峰顶点为起点，以信号峰顶点为起点向左边搜索第一个最大值的电位点，作为峰起点，分别记录为A、C和E，以信号峰顶点为起点向右边搜索第一个最大值的电位点，作为峰终点，分别记录为B、D和F，峰起点和峰终点之间的区间为积分窗口，分别记录为AB、CD和EF，AB、CD、EF区域即所需要的Cd、Pb、Cu的积分窗口，分别为(-753，-675)、(-571，-507)、(-123，-59)，对积分窗口进行积分得到标准液峰面积；
S6.采用伏安法分别测定空白溶液和Cd、Pb、Cu混合待测溶液(Cd、Pb、Cu的浓度均为10ppb)，设置方波电位增量7mV，振幅25mV，频率200Hz，分别获得电位扫描曲线；
S7.分别将空白溶液和待测溶液的电位扫描曲线在Cd、Pb、Cu的积分窗口进行积分，分别得到空白液峰面积和待测液峰面积；
S8.根据峰面积-浓度关系确定Cd、Pb、Cu的浓度。
实施例2测试水体中Cd、Pb、Cu的浓度
检测步骤与实施例1相同，不同在于Cd、Pb、Cu混合待测溶液中Cd、Pb、Cu的浓度均为1ppb。
实施例3测试水体中Cd、Pb、Cu的浓度
检测步骤与实施例1相同，不同在于Cd、Pb、Cu混合待测溶液中Cd、Pb、Cu的浓度均为40ppb。
实施例4测试水体中Zn的浓度
S1.采用伏安法测定Zn标准溶液(浓度为25ppb)，设置方波电位增量7mV，振幅25mV，频率200Hz，获得电位扫描曲线；
S2.采用Savitzy-Golay算法进行曲线平滑；
S3.获取扫描曲线的二阶微分曲线；
S4.选取曲线最小值的电位点作为信号峰顶点；
S5.以信号峰顶点为起点，以信号峰顶点为起点向左边搜索第一个最大值的电位点，作为峰起点，记录为G，以信号峰顶点为起点向右边搜索第一个最大值的电位点，作为峰终点，记录为H，峰起点和峰终点之间的区间为Zn的积分窗(-1074，-1010)，对积分窗口进行积分得到标准液峰面积；
S6.采用伏安法分别测定空白溶液和Zn待测溶液(浓度为10ppb)，设置方波电位增量7mV，振幅25mV，频率200Hz，分别获得电位扫描曲线；
S7.分别将空白溶液和待测溶液的电位扫描曲线在Zn的积分窗口进行积分，分别得到空白液峰面积和待测液峰面积；
S8.根据峰面积-浓度关系确定Zn的浓度。
实施例5测试水体中Zn的浓度
检测步骤与实施例4相同，不同在于Zn待测溶液的浓度均为1ppb。
实施例6测试水体中Zn的浓度
检测步骤与实施例4相同，不同在于Zn待测溶液的浓度均为40ppb。
对比例1
根据实施例2的S1-S2得到扫描曲线，采用线性本底法测定Cd、Pb、Cu的浓度。
对比例2
根据实施例3的S1-S2得到扫描曲线，采用线性本底法测定Cd、Pb、Cu的浓度。
对比例3
根据实施例5的S1-S2得到扫描曲线，采用线性本底法测定Zn的浓度。
对比例4
根据实施例6的S1-S2得到扫描曲线，采用线性本底法测定Zn的浓度。
将实施例与对比例的测定结果进行对比，结果如表1所示：
表1
待测金属 Cd，ppd Pd，ppd Cu，ppd Zn，ppd
实施例2 1.12 1.31 0.88 -
实施例3 39.68 40.28 41.88 -
实施例5 - - - 1.99
实施例6 - - - 39.03
对比例1 1.03 1.12 0.68 -
对比例2 40.87 44.39 43.14 -
对比例3 - - - 2.08
对比例4 - - - 43.11
可以看出，本发明具有在低浓度有着更高的精密度，在高浓度有着更高的精确度。并且由于不再需要手动输入积分窗口宽度了，能够有效降低在线仪器的运维成本。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.采用伏安法测定标准溶液，获得电位扫描曲线；
S2.平滑电位扫描曲线；
S3.获取扫描曲线的二阶微分曲线；
S4.选出整条二阶微分曲线的局域最小值，局域最小值对应了待测金属元素，其电位点作为信号峰顶点；
S5.以信号峰顶点为起点，分别对信号峰顶点左右两边的数据进行计算和处理，以确定信号峰的峰起点和峰终点，峰起点和峰终点之间的区间为积分窗口，对积分窗口进行积分得到标准液峰面积；
S6.采用伏安法分别测定空白溶液和待测溶液，分别获得电位扫描曲线；
S7.分别将空白溶液和待测溶液的电位扫描曲线在对应的积分窗口进行积分，得到空白液峰面积和待测液峰面积；
S8.根据峰面积-浓度关系可以确定相应的待测成分的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，其特征在于S2中采用Savitzy-Golay算法进行曲线平滑。
3.根据权利要求1所述的基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，其特征在于S5中，以信号峰顶点为起点向左边搜索第一个最大值的电位点，作为峰起点。
4.根据权利要求1所述的基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，其特征在于S5中，以信号峰顶点为起点向右边搜索第一个最大值的电位点，作为峰终点。
5.根据权利要求1所述的基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法，其特征在于S5和S7中，峰起点和峰终点之间的直线与电位信号所围成的面积便是峰面积。
CN202110503880.4A 2021-05-10 2021-05-10 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法 Pending CN113237938A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110503880.4A CN113237938A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110503880.4A CN113237938A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113237938A true CN113237938A (zh) 2021-08-10

Family

ID=77132848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110503880.4A Pending CN113237938A (zh) 2021-05-10 2021-05-10 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113237938A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114894878A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 福州大学 一种测定酸性镀铜液中抑制剂浓度的方法
CN116973563A (zh) * 2023-09-22 2023-10-31 宁波奥丞生物科技有限公司 一种基于正交锁相放大的免疫荧光层析测定方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102749381A (zh) * 2012-06-16 2012-10-24 中南大学 线性扫描极谱曲线重叠峰分离方法
CN105637360A (zh) * 2013-10-17 2016-06-01 株式会社岛津制作所 波形中的峰值端点检测方法及检测装置
US20170219542A1 (en) * 2016-02-03 2017-08-03 Shimadzu Corporation Peak extraction method and program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102749381A (zh) * 2012-06-16 2012-10-24 中南大学 线性扫描极谱曲线重叠峰分离方法
CN105637360A (zh) * 2013-10-17 2016-06-01 株式会社岛津制作所 波形中的峰值端点检测方法及检测装置
US20170219542A1 (en) * 2016-02-03 2017-08-03 Shimadzu Corporation Peak extraction method and program

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DALE A.C. BROWNSON 等著: "《石墨烯电化学手册》", 31 August 2019 *
GREGORY M. KUHLMAN 等: "Detecting Heavy Metals in Solution Using ElectronicTongue 3 REDOX Water Quality Sensors", 《2004 IEEE AEROSPACE CONFERENCE PROCEEDINGS (IEEE CAT. NO.04TH8720)》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114894878A (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 福州大学 一种测定酸性镀铜液中抑制剂浓度的方法
CN116973563A (zh) * 2023-09-22 2023-10-31 宁波奥丞生物科技有限公司 一种基于正交锁相放大的免疫荧光层析测定方法及装置
CN116973563B (zh) * 2023-09-22 2023-12-19 宁波奥丞生物科技有限公司 一种基于正交锁相放大的免疫荧光层析测定方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109709057B (zh) 水质指标预测模型构建方法及水质指标监测方法
CN113237938A (zh) 基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法
CN101105446A (zh) 差分吸收光谱空气质量检测系统
CN103983617A (zh) 一种基于小波变换改进激光探针定量分析的方法
Marshall et al. An introduction to open-path FT-IR atmospheric monitoring
CN103792215B (zh) 一种快速测量钢铁中碳元素含量的方法
CN113155809A (zh) 一种矿石分类与实时定量分析的光谱检测新方法
CN108680523B (zh) 利用多种拟合方式衔接标准曲线的待测物测定方法
CN114660105A (zh) 土壤重金属Cd含量反演方法、系统、介质、计算机设备
CN104730043A (zh) 一种基于偏最小二乘法的墨水中重金属测定方法
CN104697980B (zh) 一种基于拉曼特征峰峰位变化对汞离子进行定量检测的方法
CN104212804A (zh) 用于铅离子定量快速检测的核酸适配体序列及其检测方法
TWI592651B (zh) 金屬離子檢測設備及金屬離子檢測方法
CN116985183A (zh) 一种近红外光谱分析仪质量监测管理方法及系统
Shao et al. Determination of phosphorus in water using iron hydroxide assisted laser-induced breakdown spectroscopy
CN111521577B (zh) 一种以二氧化碳峰面积为参比的红外光谱定量分析方法
CN112378895A (zh) 一种原油含水率测量方法及系统、存储介质、设备
CN108303388B (zh) 一种原位定量表征复杂有机物和金属离子络合过程的方法
CN102103079B (zh) 一种光谱分析方法
CN110873727A (zh) 一种基于xrf的原位测定水体金属的分析方法
CN114878615A (zh) 基于dgt-xrf联合技术对有效态金属进行原位采样和检测的方法
CN109668862B (zh) 一种基于激光诱导击穿光谱的铝电解质分子比检测方法
Levine et al. Fourier transform infrared optical remote sensing for monitoring airborne gas and vapor contaminants in the field
Antunes et al. Resolution of voltammetric peaks using chemometric multivariate calibration methods
US20110222055A1 (en) Determination of the salt concentration of an aqueous solution

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210810