CN117030828A - 电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及全氟辛烷磺酸定量检测技术领域，具体地说，涉及电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法。其包括获取标准环境下的电学数据‑全氟辛烷磺酸曲线；获取标准环境下传感器检测全氟辛烷磺酸得到的电学数据；将得到的电学数据与电学数据‑全氟辛烷磺酸曲线对比，得到标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行一次结果输出；进行多元分析，以获取非标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行二次结果输出。本发明中通过多元分析调取网络中或者内部数据库中的模型中得到的结果，而非调取整个模型，而且这个模型也是存储在系统外的数据库中，不会影响系统内部的结构，降低数据的调用量，以及降低系统的复杂程度。
Description
技术领域
本发明涉及全氟辛烷磺酸定量检测技术领域，具体地说，涉及电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法。
背景技术
电化学传感器是一种基于电化学原理的传感器，用于检测特定化学物质的存在和浓度。全氟辛烷磺酸（Perfluorooctanesulfonic acid，简称PFOS）是一种具有持久性和生物累积性的有机污染物，因此需要对其进行一个定量检测，而常见的检测方式就是利用电化学传感器进行检测。
通常在定量检测时需要建立一个固定环境下的模型，然后带入检测的参数，例如：电流值，再在模型中获取对应电流值的浓度，但是当环境不固定时，或者调整某个参数后，就需要获取对应环境下的模型，整个过程调取的数据太多，无疑增加了整个系统的复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于提供电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其包括如下方法步骤：
S1、获取标准环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线；
S2、获取标准环境下传感器检测全氟辛烷磺酸得到的电学数据；
S3、将得到的电学数据与电学数据-全氟辛烷磺酸曲线对比，得到标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行一次结果输出；
S4、进行多元分析，以获取非标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行二次结果输出。
作为本技术方案的进一步改进，所述电学数据-全氟辛烷磺酸曲线以可被识别的模型存储在标准化测定模块中。
作为本技术方案的进一步改进，所述电学数据-全氟辛烷磺酸曲线的绘制步骤如下：
设置多组已知浓度的全氟辛烷磺酸样品；
利用传感器测得多组样品对应的电学数据；
建立x-y轴坐标系；
以电学数据为横坐标，全氟辛烷磺酸的浓度为纵坐标绘制电学数据-全氟辛烷磺酸曲线。
作为本技术方案的进一步改进，所述电学数据是通过传感器量化电荷转移测得的电流变化或电势变化。
作为本技术方案的进一步改进，所述传感器的具有两个工作电极，其中一个电极表面涂层有特定对全氟辛烷磺酸具有选择性的材料，当传感器所在样品中存在全氟辛烷磺酸时，它会与电极涂层上的选择性材料相互作用，迫使工作电极表面的电荷转移。
作为本技术方案的进一步改进，所述标准化测定模块测定的浓度通过测定结果输出模块进行一次结果输出。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中多元分析步骤如下；
S4.1、标准环境的参数改变时，标准化测定模块进行自检，自检出内部是否存储有相应环境参数下的模型，如果有则直接进行S4.3，如果没有，则进行S4.2；
S4.2、一次结果输出传入多元分析模块，多元分析模块以非标准环境的参数为特征进行检索，以检索出他人在此环境参数下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型；
S4.3、获取模型下电流值对应的浓度，然后测定结果输出模块以此进行二次结果输出。
作为本技术方案的进一步改进，所述传感器还可以自动获取空间内的环境参数，以实时监测环境参数的改变。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法中，通过多元分析调取网络中或者内部数据库中的模型中得到的结果，而非调取整个模型，而且这个模型也是存储在系统外的数据库中，不会影响系统内部的结构，降低数据的调用量，以及降低系统的复杂程度。
附图说明
图1为本发明的全氟辛烷磺酸定量检测方法步骤流程示意图；
图2为本发明的全氟辛烷磺酸定量检测内部模块结构示意图；
图3为本发明的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线示意图其一；
图4为本发明的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线示意图其二；
图5为本发明的多元分析步骤流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
电化学传感器是一种基于电化学原理的传感器，用于检测特定化学物质的存在和浓度。全氟辛烷磺酸（Perfluorooctanesulfonic acid，简称PFOS）是一种具有持久性和生物累积性的有机污染物，因此需要对其进行一个定量检测，而常见的检测方式就是利用电化学传感器进行检测。
本发明就提供了电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，如图1所示，其包括如下方法步骤：
S1、获取标准环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线；
S2、获取标准环境下传感器检测全氟辛烷磺酸得到的电学数据；
S3、将得到的电学数据与电学数据-全氟辛烷磺酸曲线对比，得到标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行一次结果输出；
S4、进行多元分析，以获取非标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行二次结果输出。
其中，如图2所示，电学数据-全氟辛烷磺酸曲线在标准化测定模块中获取，首先需要提前绘制电学数据-全氟辛烷磺酸曲线，然后再输入到标准化测定模块中存储，这里的电学数据是通过传感器量化电荷转移测得的电流变化或电势变化，以检测全氟辛烷磺酸的存在浓度，具体还要使用化学方法实现，假设装有全氟辛烷磺酸的容器放置在一个温度、压强等环境数据已知的空间内，而此空间内的环境就是标准环境，然后将传感器放入容器内，传感器的两个工作电极通常使用金、铂或碳材料制成，其中一个电极表面涂层有特定对全氟辛烷磺酸具有选择性的材料，例如分子印迹聚合物或特定的功能化纳米材料；检测过程：当容器中存在全氟辛烷磺酸时，它会与电极涂层上的选择性材料发生特定的化学反应或相互作用，这种反应或作用会导致电极表面的电荷转移、电流变化或电势变化，可以根据已知浓度的全氟辛烷磺酸样品测定对应的电流值（在此仅以电流变化进行举例，得到的电流值就是电学数据），并且为了得到标准环境下电学数据-全氟辛烷磺酸曲线，就需要设置多组已知浓度的全氟辛烷磺酸样品，然后得到多组电流值，再以此建立x-y轴坐标系，以电学数据作为x轴、全氟辛烷磺酸样品的已知浓度作为y轴绘制电学数据-全氟辛烷磺酸曲线。
如图3所示，全氟辛烷磺酸样品的浓度为纵坐标，该浓度下的电流值为横坐标，即得到绘制点的坐标（xn，yn），其中n为样品的数量，根据坐标（xn，yn）在x-y轴坐标系中确定所有绘制点，然后根据这些点进行拟合得到电学数据-全氟辛烷磺酸曲线，通过电学数据-全氟辛烷磺酸曲线可以看出，在特定的电流范围内，电流值会随着全氟辛烷磺酸样品的浓度的增加而增加，但当浓度超过某个临界点时（即图3中的a点），电流响应可能会饱和，这是因为在高浓度下，电极表面可能出现饱和现象或其他限制因素，导致电流响应不再线性增加；在电学数据-全氟辛烷磺酸曲线确定后，将对应的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线转换成可被识别的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型（例如：1.参数形式：将模型的参数存储为向量或矩阵的形式；这种形式适用于线性模型如线性回归、逻辑回归等，参数形式的存储方式具有简洁性和高效性。2.方程形式：将模型表示为某个方程的形式，如多项式方程、指数方程、对数方程等，这种形式适用于具有数学公式表达的模型，可以精确地描述模型的函数关系。3.图形形式：将模型表示为图形的形式，如支持向量机(Support Vector Machine)的决策边界，神经网络的拓扑结构等，这种形式可以直观地展示模型的结构和特征），再将电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型输入到标准化测定模块中存储，通常在标准化测定模块中存储有多个电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型，每个电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型对应不同的标准化环境，也就是说每个电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型都有自己的标准化环境，而这个标准化环境就是确定电学数据-全氟辛烷磺酸曲线时空间内的环境。
因此S1中获取标准环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线就是标准化测定模块中存储的模型，这个模型与标准环境对应，检测时将传感器放入到容器内，容器所在空间内的环境与模型对应的标准环境适配，如图4所示，此时传感器会检测到容器内溶液的电流值b，将电流值b与电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型对比，找到电流值对应曲线上的坐标（xn，yn），其中：xn=b、yn=b´，b´就是测定的浓度，然后通过测定结果输出模块对标准环境下测定的浓度进行输出（一次结果输出），可以利用有线或者无线通信进行输出，输出的对象可以是显示端，也可以是移动的设备端，例如：电脑、手机等。
以上为第一种实施方式，可是标准环境是一个固定的环境，需要空间内的环境符合标准环境时，得到的浓度b´才是准确的，但如果环境因素发生改变后，或者需要获取不同环境参数下的浓度时，在第一实施方式中会有两种解决方式，如果标准化测定模块中存储有相应环境模型，那么直接重新提取模型，再进行一次对比；但标准化测定模块中没有相应环境模型的话，那就需要建立该环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线，从而重新建立一个符合该环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型，这两种方式都需要调取大量的数据。
而第二实施方式，则是利用一次结果输出进行多元分析，如图2所示，测定结果输出模块的一次结果输出传入多元分析模块，在环境参数改变时传感器测得的电流值c是可以知道的，而对应的浓度c´因为环境参数的改变成为了未知，此时多元分析模块以改变了的环境参数为特征在网络（或者内部的数据库中，数据库中存有不同环境参数下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型，并且定期进行更新）中进行检索，从而检索出他人在此环境下（相对于标准环境来说这就是非标准环境了，但在他人的空间内还是标准环境）的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型，这时候只需要获取该模型下电流值c时的浓度c´。
如果是获取不同环境参数下的浓度，那么c=b。
如果是空间内环境因素发生改变后，容器内测得的c就不一定等于b了。
如图5所示，在上述基础上就形成了如下步骤：
S4.1、环境参数改变，改变的原因可以是空间内环境发生改变，也可以是人为的调整，标准化测定模块进行自检，看内部是否存储有相应环境参数下的模型，如果有则直接进行S4.3，如果没有，则进行S4.2；
S4.2、一次结果输出传入多元分析模块，多元分析模块以改变了的环境参数（即非标准环境的参数）为特征进行检索，以检索出他人在此环境参数下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型；
S4.3、获取模型下电流值对应的浓度，然后测定结果输出模块以此进行二次结果输出，如果没有找到对应环境参数下的模型，那么二次结果输出则是进行无效输出。
进一步的，传感器还可以自动获取空间内的环境参数，以实时监测环境参数的改变。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，其包括如下方法步骤：
S1、获取标准环境下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线；
S2、获取标准环境下传感器检测全氟辛烷磺酸得到的电学数据；
S3、将得到的电学数据与电学数据-全氟辛烷磺酸曲线对比，得到标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行一次结果输出；
S4、进行多元分析，以获取非标准环境下的全氟辛烷磺酸定量值，并进行二次结果输出。
2.根据权利要求1所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述电学数据-全氟辛烷磺酸曲线以可被识别的模型存储在标准化测定模块中。
3.根据权利要求2所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述电学数据-全氟辛烷磺酸曲线的绘制步骤如下：
设置多组已知浓度的全氟辛烷磺酸样品；
利用传感器测得多组样品对应的电学数据；
建立x-y轴坐标系；
以电学数据为横坐标，全氟辛烷磺酸的浓度为纵坐标绘制电学数据-全氟辛烷磺酸曲线。
4.根据权利要求3所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述电学数据是通过传感器量化电荷转移测得的电流变化或电势变化。
5.根据权利要求3或4所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述传感器的具有两个工作电极，其中一个电极表面涂层有特定对全氟辛烷磺酸具有选择性的材料，当传感器所在样品中存在全氟辛烷磺酸时，它会与电极涂层上的选择性材料相互作用，迫使工作电极表面的电荷转移。
6.根据权利要求1所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述标准化测定模块测定的浓度通过测定结果输出模块进行一次结果输出。
7.根据权利要求6所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述S4中多元分析步骤如下；
S4.1、标准环境的参数改变时，标准化测定模块进行自检，自检出内部是否存储有相应环境参数下的模型，如果有则直接进行S4.3，如果没有，则进行S4.2；
S4.2、一次结果输出传入多元分析模块，多元分析模块以非标准环境的参数为特征进行检索，以检索出他人在此环境参数下的电学数据-全氟辛烷磺酸曲线模型；
S4.3、获取模型下电流值对应的浓度，然后测定结果输出模块以此进行二次结果输出。
8.根据权利要求7所述的电化学传感器结合多元分析的全氟辛烷磺酸定量检测方法，其特征在于，所述传感器用于自动获取空间内的环境参数，以实时监测环境参数的改变。
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| PB01 | Publication | ||
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