基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于二阶微分寻峰法检测地表水中重金属的方法
本专利技术涉及在线检测水体中的重金属
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对以上述
技术介绍
的不足，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1.采用伏安法测定标准溶液，获得电位扫描曲线；/nS2.平滑电位扫描曲线；/nS3.获取扫描曲线的二阶微分曲线；/nS4.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；/nS5.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；/nS6.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；/nS7.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；/nS8.根据峰面积-浓度关系可以确定相应的待测成分的浓度。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：范芫钟，严百平，权星，
申请(专利权)人：深圳市朗石科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44