基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，包括：(1)配置预定浓度范围的亚销酸盐水溶液的样本；(2)获取各样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹频域光谱信息；(3)将所述太赫兹频域光谱信息去噪处理后提取特征吸收峰；(4)建立特征吸收峰与亚销酸盐水溶液浓度之间的模型；(5)获取待检测水样的特征吸收峰并输入所述模型，得到相应的亚销酸盐浓度检测结果。本发明专利技术采用太赫兹光谱扫描速度快，操作简单，避免传统的水体亚硝酸盐检测方法过程繁琐、速度慢等问题。通过太赫兹光谱与亚硝酸钠含量之间建立预测关系数学模型，能获得较高的预测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水质、环境、食品安全分析评价领域，尤其涉及一种利用太赫兹时域光谱和频域光谱法测定水体中亚硝酸盐含量的方法。
技术介绍
亚硝酸盐是一类无机化合物的总称，主要指亚硝酸钠，亚硝酸钠为易溶于水的白色至淡黄色粉末或颗粒状。亚硝酸盐广泛存在于人类环境中，是自然界中最普遍的含氮化合物。现在普遍认为亚硝酸盐是一种强烈的血液毒物，并且具有潜在的毒性与致癌威胁，对生物体健康危害很大。尤其在水产养殖领域，近年来沿海地区水产养殖迅猛发展，随着养殖密度的加大以及养殖池塘的老化，养殖过程中亚硝酸盐含量偏高的问题凸显，水产养殖的水质亚销酸盐含量直接影响养殖成败和食品安全。由此，测定水体中亚硝酸盐的含量是食品安全检测中非常重要的项目。目前，水体亚销酸盐含量检测主要有分光光度法、荧光法、化学发光法、电化学法、色谱法及流动注射法等。其中，分光光度法可能会存在同吸收峰物质的干扰，而无法得到正确的数据，精确度较低；荧光法的荧光的发散方向不集中、荧光的光强并不高，且荧光持续的时间较短，所以呈线性情况有时不理想；化学发光法需要消耗发光剂，同时量子效率相对较低；电化学法的电压和电流可能不稳定，导致制备的纳米材料不均匀，影响性能；色谱法的定性能力较差，当没有待测物的纯品或相应的色谱定性数据作为对照时，不能从色谱峰给出定性结果；流动注射法的分析与操作复杂。采用上述方法不仅前处理过程繁琐，且人工方式测量不仅速度慢，也会存在较大的人为误差。因此，研究水体亚销酸盐的物理化学特性与亚销酸盐含量的耦合关系，利用光谱等最新方法技术来采集亚销酸盐的含量信息，开发一种准确、稳定、简便、快速，能适应生产、加工、检验各环节使用的亚硝酸盐定性及定量方法，具有很好的理论研究意义和实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，可实现水体亚硝酸盐快速、客观地定性与定量检测，并且对其它食品中亚硝酸盐含量检测及食品加工环节的亚硝酸含量监测也有重要的应用价值。一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，包括：(1)配置预定浓度范围的亚销酸盐水溶液的样本；(2)获取各样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹光谱信息；(3)将所述太赫兹频域光谱信息去噪处理后提取特征吸收峰；(4)建立特征吸收峰与亚销酸盐水溶液浓度之间的模型；(5)获取待检测水样的特征吸收峰并输入所述模型，得到相应的亚销酸盐浓度检测结果。由于大量的分子振动和转动能级都处于太赫兹波段，太赫兹时域光谱检测技术在测量时具有优势，其对对太赫兹辐射吸收强烈，可以用做指纹特征分析其特征光谱、研究物质的内部组成。另外，由于产生的太赫兹是由超窄带的飞秒激光器激发瞬时载流子所形成，还具有高信噪比、低能性、宽带性、相干性、瞬态性、透视性等特点。因此，利用太赫兹光谱可实现水体亚硝酸盐的快速、高精度、低成本的检测。实施本专利技术方法可预先搭建太赫兹光谱的时域信号检测系统(THZ-TDS)，步骤(1)中制备不同浓度的亚销酸盐水溶液样本，可利用亚硝酸钠和纯水精确配制。作为优选，步骤(1)中多个样本的质量百分比浓度范围为10.1％～34.0％。作为进一步的优选，多个样本的浓度梯度间隔为0.1％。针对各样本，每次取一滴，滴于太赫兹反射平台的薄硅片上，获取样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹光谱信息。为了便于后续的数据处理，作为优选，所述太赫兹光谱信息包括时域光谱信息，以及将时域光谱信息经傅里叶变换(FFT)后的频域光谱信息。作为优选，步骤(3)的去噪处理为先采用9点平均平滑法再进行附加散射校正(MSC)。本专利技术的去噪处理可以有效去除水对太赫兹光谱的吸收影响，并去除来自高频随机噪声、基线漂移、样本不均匀、光散射等影响。作为优选，步骤(3)中，提取1.67THz、1.86THz、1.45THz波段处的吸收峰作为特征吸收峰。选择合适的特征吸收峰可以准确的检测出亚销酸盐含量。作为优选，步骤(4)建立的模型为LS-SVM模型。相对于其他类型的模型，针对亚销酸盐含量的检测，最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型可以提高模型的预测精度，尤其是对低浓度样品的预测精度和降低检测下限。与现有技术相比，本专利技术采用太赫兹光谱扫描速度快，操作简单，避免传统的水体亚硝酸盐检测方法过程繁琐、速度慢等问题。通过太赫兹光谱与亚硝酸钠含量之间建立预测关系数学模型，能获得较高的预测精度。附图说明图1为纯净水与亚销酸钠水溶液的时域光谱图。图2为纯净水与亚销酸钠水溶液的频域光谱图。具体实施方式本实施例一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，包括以下步骤：(1)样本制备：用亚硝酸钠和纯水精确配制容量为2ml，浓度为10.1％～34.0％的亚硝酸钠样品溶液240个，浓度梯度间隔为0.1％。(2)光谱获取：每次取一滴配置好的溶液滴于太赫兹反射平台的薄硅片上，获取样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹时域光谱信息，参见图1，以及经傅里叶变换(FFT)后的频域光谱信息，参见图2，其中脉宽l-2ps、时间分辨率0.067PS、有效时间窗口16.7PS。(3)光谱数据处理：采用9点平均平滑法再进行附加散射校正(MSC)的光谱预处理算法，有效去除水对太赫兹光谱的吸收影响，并去除来自高频随机噪声、基线漂移、样本不均匀、光散射等影响。特征波段提取：对比分析纯净水与低浓度亚硝酸钠溶液的频域光谱图，计算吸收光谱，根据吸收光谱发现亚硝酸钠在1.67THz、1.86THz、1.45THz波段处有特征峰，提取这3个特征峰作为亚硝酸盐的识别依据。吸收光谱计算公式为：折射率：吸收系数：其中，ω，A，c，d，分别为频率、信号振幅比、信号相位差、光速和样本的厚度。(4)将240个不同浓度的亚硝酸钠溶液按照2:1的比率划分，校正集160个样本，验证集80个样本。利用校正集的160个样本，根据提取的特征吸收光谱与对应样本的亚硝酸钠含量建立LS-SVM模型。(5)将验证集的80个样本的特征吸收光谱输入已建立的LS-SVM模型，得到相应的预测结果。其中LS-SVM模型采用径向基核函数(RBF)，利用网格搜索法得到最佳正则参数λ和内核参数σ2分别为(16，0.0039)。其中，训练集T＝{(x1,y1),(x2,y2),…,(xN,yN)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，其特征在于，包括：(1)配置预定浓度范围的亚销酸盐水溶液的样本；(2)获取各样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹光谱信息；(3)将所述太赫兹频域光谱信息去噪处理后提取特征吸收峰；(4)建立特征吸收峰与亚销酸盐水溶液浓度之间的模型；(5)获取待检测水样的特征吸收峰并输入所述模型，得到相应的亚销酸盐浓度检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，其特征在于，包括：(1)配置预定浓度范围的亚销酸盐水溶液的样本；(2)获取各样本在0.2～2.0THz波段范围内的太赫兹光谱信息；(3)将所述太赫兹频域光谱信息去噪处理后提取特征吸收峰；(4)建立特征吸收峰与亚销酸盐水溶液浓度之间的模型；(5)获取待检测水样的特征吸收峰并输入所述模型，得到相应的亚销酸盐浓度检测结果。2.如权利要求1所述的基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，其特征在于，步骤(1)中多个样本的质量百分比浓度范围为10.1％～34.0％。3.如权利要求2所述的基于太赫兹光谱扫描的亚硝酸盐检测方法，其特征在于，多个样本的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂鹏程，瞿芳芳，何勇，夏正燕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33