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原文传递一种溶液中多金属离子浓度检测方法

专利名称：	一种溶液中多金属离子浓度检测方法
摘要：	本发明公开了一种溶液中多金属离子浓度检测方法，执行如下：计算待测溶液中每种离子在原始波长区间内每个波长对应的吸光度系数，并构建待测溶液的目标波长区间；获取待测溶液吸光度的比值光谱导数信息，将一种离子M的标准溶液作为除数因子对待测溶液的吸光光谱进行比值光谱导数处理得到吸光度的比值光谱导数信息；然后，在目标波长区间内采用卡尔曼滤波分光光度法计算出待测溶液中剩余离子的浓度，再基于剩余离子的浓度计算出作为除数因子的离子M的离子浓度。本发明具有速度快、使用简单、高灵敏度，不需要对离子进行预分离则可以同时检测多金属离子的浓度，易实现自动化，适合用于溶液中多金属离子同时检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	阳春华;周风波;朱红求;李勇刚;周灿;周涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910351847.7
公开号：	CN110031413A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	龚燕妮
分类号：	G01N21/31(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种溶液中多金属离子浓度检测方法，其特征在于：执行过程如下：计算待测溶液中每种离子在原始波长区间内每个波长对应的吸光度系数，并构建待测溶液的目标波长区间；其中，所述目标波长区间由相关系数R大于阈值的波长点构成，所述相关系数R表示波长点处包含的离子特征信息，相关系数R越大，对卡尔曼滤波模型的贡献越大；获取待测溶液吸光度的比值光谱导数信息；其中，获取待测溶液的吸收光谱，并将一种离子M的标准溶液作为除数因子对待测溶液的吸光光谱进行比值光谱导数处理得到吸光度的比值光谱导数信息，所述吸光度比值光谱导数与剩余离子浓度相关，与离子M无关；然后，基于待测溶液吸光度的比值光谱导数、离子的吸光度系数并在目标波长区间内采用卡尔曼滤波分光光度法计算出待测溶液中剩余离子的浓度，再基于剩余离子的浓度计算出作为除数因子的离子M的离子浓度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用卡尔曼滤波分光光度法计算剩余离子浓度的过程如下： A1：初始化浓度矢量X(λk)、初始化浓度矢量估计值取值均为零，浓度矢量X(λk)表示剩余离子的浓度，λ表示波长，λk表示目标波长区间中第k个波长点对应的波长； A2：基于前一个波长点的浓度矢量和浓度矢量估计值、待测溶液吸光度的比值光谱导数、离子的吸光度系数计算在目标波长区间中当前波长点的浓度矢量估计值；式中，表示目标波长区间内波长点λk、前一个波长点λk-1对应的浓度矢量估计值，X(λk-1)表示目标波长区间内前一个波长点λk-1对应的浓度矢量，K(λk)表示卡尔曼增益，Z(λk)表示波长点λk对应的待测溶液吸光度的比值光谱导数，待测溶液吸光度的比值光谱导数表示为：为待测溶液在波长点λk处的吸光度，CM0为离子M的标准溶液的浓度，为离子M在波长点λk的吸光度系数；HT(λk)为剩余离子在波长点λk的吸光度系数比值导数矩阵H(λk)的转置矩阵，剩余离子中第i个离子在波长点λk的吸光度系数比值导数表示为：为剩余离子中第i个离子在波长点λk的吸光度系数； A3：计算在目标波长区间内前一个波长点与当前波长点的浓度矢量估计值的误差均值，若小于预设误差阈值，则输出当前波长点对应的浓度矢量估计值得到待测溶液中所述剩余离子的浓度。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：任意波长点λi处待测溶液吸光度的比值光谱导数与剩余离子浓度的关系式如下：式中，C1,C2...Cn-1表示待测溶液中除离子M之外剩余n-1个离子浓度，表示待测溶液中除离子M之外剩余n-1个离子对应在波长点λi处的吸光度系数，n为待测溶液中离子种类数。 4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：浓度矢量估计值的误差均值对应的预设误差阈值为10-4。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：构建待测溶液的目标波长区间的过程如下： B1：采用相关系数阈值法计算每个波长点的相关系数R；式中，Ri表示原始波长区间内波长点λi处的相关系数，yi表示由与待测溶液相同离子成分，不同离子浓度的若干组溶液在波长点λi处的吸光度组成的吸光度矢量，ym表示吸光度矢量yi中吸光度均值，si表示基于离子的吸光度系数线性拟合所述若干组溶液在波长点λi处的吸光度构成的吸光度矢量，其中，一组溶液在波长点λi处线性拟合的吸光度如下：式中，表示一组溶液在波长点λi处线性拟合的吸光度，表示溶液中n类离子在波长点λi处的吸光度系数，C1,C2...Cn表示所述一组溶液中n类离子的浓度，n为离子种类数； B2：提取相关系数R大于阈值的波长点构建目标波长区间。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：相关系数R对应的阈值为0.95。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算待测溶液中每种离子在原始波长区间内每个波长对应的吸光度系数的过程如下： D1：采集与待测溶液相同离子成分，不同离子浓度的若干组溶液的吸收光谱；其中，同一个离子在同一个波长点下的吸光度系数与离子浓度无关； D2：根据朗伯比尔定律采用线性回归法计算每种离子在原始波长区间内每个波长对应的吸光度系数；其中，在波长点λi处溶液的吸光度与溶液中每个离子的浓度、吸光度系数的关系如下：式中，表示在波长点λi处溶液的吸光度，表示溶液中n类离子在波长点λi处的吸光度系数，C1,C2...Cn表示一组溶液中n类离子的浓度，λ表示波长，n为离子种类数。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于剩余离子的浓度计算出作为除数因子的离子M的离子浓度的过程如下：依据朗伯比尔定律获取待测溶液的吸光度与离子浓度的关系式：式中，表示在波长点λi处溶液的吸光度，表示溶液中除离子M之外的n-1类离子在波长点λi处的吸光度系数，C1...Cn-1分别表示一组溶液中除离子M之外的n-1类离子的浓度，CM表示离子M的浓度，表示离子M在波长点λi处的吸光度系数，Ad表示低频噪声；基于待测溶液的吸收光谱获取溶液的吸光度，并将剩余离子的浓度及对应吸光度系数代入关系式计算出离子M的离子浓度。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶液中离子为锌离子以及痕量金属离子，作为除数因子的离子为锌离子。
所属类别：	发明专利