一种重叠峰曲线分离方法及金属离子测定方法技术

本发明专利技术公开了一种重叠峰曲线分离方法及金属离子测定方法，包括：利用高斯模型拟合重叠峰曲线；利用锐化算法对原始重叠峰曲线进行锐化，识别出子峰数量；以锐化后的重叠峰曲线中的峰点和谷点为基础，计算出高斯模型中的峰高

【技术实现步骤摘要】
一种重叠峰曲线分离方法及金属离子测定方法


[0001]本专利技术属于金属离子测定
，具体地说，是涉及一种在利用电化学法测定金属离子的过程中，针对测定过程中所产生的重叠伏安峰进行分离的方法
。

技术介绍

[0002]测定金属离子有多种方法，而近年来，电化学法是相对发展较快的一种方法
。
电化学法在经典极谱法的依托下，发展出了示波极谱
、
阳极溶出伏安法等多种方法
。
其中，阳极溶出伏安法是一种将伏安法测定与恒电位电解富集相结合所产生的电化学分析法，此方法灵敏度高，能够测定
10
‑7～
10
‑9mol/L
的金属离子，并且可以连续测定多种金属离子
。
[0003]采用阳极溶出伏安法测定金属离子时，主要涉及以下两个过程：
[0004]电析过程：在一个恒电位下，将被测离子电解沉积，富集在工作电极上，与工作电极上的汞发生化学反应，生成汞齐
。
对于给定的金属离子而言，如果搅拌速度恒定，预电解时间固定，则电积的金属量与被测金属离子的浓度成正比
。
[0005]溶出过程：在富集结束后，一般静止
30s
至
60s
后，在工作电极上施加一个反向电压，由负向正扫描，将汞齐中的金属重新氧化为离子回归溶液中，产生氧化电流，记录电压
‑
电流曲线，即，伏安曲线
。
伏安曲线呈峰形，峰值电流与溶液中被测金属离子的浓度成正比，可作为定量分析的依据；峰值电压可作为定性分析的依据，以确定出是何种类型的金属离子
。
[0006]在利用电化学法测定金属离子时，若不同金属离子的溶出电位相近且浓度过高，则可能会导致电极表面存在多种离子同时吸附的情况，从而出现重叠伏安峰，为溶出伏安曲线进一步定性和定量分析带来困难
。
[0007]近年来，利用重叠峰拟合以达到分离的方法有遗传算法
、
差分算法
、
模拟退火算法和神经网络算法等
。
这些方法都不能对重叠峰中的子峰数量进行有效识别，并且不能缩小参数的取值区间，拟合效果不够理想
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于锐化算法和蛇优化算法的重叠峰曲线分离方法，以解决传统基于重叠峰拟合的分离算法由于无法获得重叠峰中的子峰数量，使得模拟子峰模型的参数取值区间过大，继而对后续优化算法的收敛速度以及重叠峰分离精度造成严重影响的问题
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0010]在一个方面，本专利技术提出了一种重叠峰曲线分离方法，包括：
[0011]利用高斯模型拟合重叠峰曲线；
[0012]利用锐化算法对原始重叠峰曲线进行锐化处理，以识别出重叠峰中的子峰数量
N
；
[0013]以锐化后的重叠峰曲线中的峰点和谷点为基础，计算出高斯模型中的峰高
A、
峰位
B、
峰宽
C
三个参数的取值区间；
[0014]基于所述三个参数的取值区间初始化蛇群体，采用蛇优化算法搜寻全局最优高斯模型集；
[0015]利用最优高斯模型集中的每一个高斯模型所对应的峰高
、
峰位和峰宽，确定出每一个子峰的曲线，以完成重叠峰曲线的分离
。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述利用高斯模型拟合重叠峰曲线的过程可以包括：
[0017]将重叠峰曲线看作是多个高斯模型的线性叠加，利用
N
个高斯模型拟合重叠峰曲线，得到拟合重叠峰曲线的数学表达式：
[0018][0019]其中，
A
i
表示第
i
个子峰的峰高；
B
i
表示第
i
个子峰的峰位；
C
i
表示第
i
个子峰的峰宽
。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述利用锐化算法对原始重叠峰曲线进行锐化处理的过程可以包括：
[0021]利用以下锐化公式对原始重叠峰曲线进行锐化：
[0022]Y(x)
＝
y(x)
‑
ky
″
(x)
；
[0023]其中，
Y(x)
表示锐化后的重叠峰曲线；
y(x)
表示原始重叠峰曲线；
y
″
(x)
表示原始重叠峰曲线的二阶导数；
k
为锐化因子，优选取
1000
以上的值，以达到理想的锐化效果
。
[0024]在本申请的一些实施例中，为了提高分离精度，所述原始重叠峰曲线
y(x)
为净化处理后的重叠峰曲线，所述净化处理过程可以包括：
[0025]利用五点三次平滑算法对检测到的重叠峰曲线进行平滑处理；
[0026]利用非对称最小二乘基线校正算法扣除重叠峰曲线中的背景噪声
。
[0027]在本申请的一些实施例中，对于子峰数量
N
以及峰高
A、
峰位
B、
峰宽
C
三个参数的取值区间，可以采用以下方法确定：
[0028]根据锐化后的重叠峰曲线，计算斜率为零的点，确定出峰点和谷点；
[0029]根据峰点个数确定出子峰数量
N
；
[0030]将每一个峰点所对应的峰位值代入原始重叠峰曲线，计算出峰高，以此峰高为中间值，确定一段区间，作为峰高
A
参数的取值区间；例如，将此峰高值的
90
％作为峰高
A
参数的取值区间的下边界，将此峰高值的
110
％作为峰高
A
参数的取值区间的上边界，通过合理地限制峰高
A
参数的取值区间，以加快蛇优化算法的收敛速度；
[0031]将每一个峰点左右相邻的两个谷点所对应的谷位值分别作为峰位
B
参数的取值区间的下边界和上边界；
[0032]将每一个峰点左右相邻的两个谷点之间的谷位距离作为峰宽
C
参数的取值区间的下边界，以原始重叠峰曲线的纵轴数值连续大于
e
的波形的最大横轴距离作为峰宽
C
参数的取值区间的上边界；所述
e
取接近零的正数，优选在
(0,10
‑3)
区间内取值
。
[0033]在本申请的一些实施例中，在利用蛇优化算法搜寻全局最优高斯模型集时，可以采用以下过程：
[0034]在确定出的峰高
A、
峰位
B、
峰宽
C
三个参数的取值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种重叠峰曲线分离方法，其特征在于，包括：利用高斯模型拟合重叠峰曲线；利用锐化算法对原始重叠峰曲线进行锐化处理，以识别出重叠峰中的子峰数量
N
；以锐化后的重叠峰曲线中的峰点和谷点为基础，计算出高斯模型中的峰高
A、
峰位
B、
峰宽
C
三个参数的取值区间；基于所述三个参数的取值区间初始化蛇群体，采用蛇优化算法搜寻全局最优高斯模型集；利用最优高斯模型集中的每一个高斯模型所对应的峰高
、
峰位和峰宽，确定出每一个子峰的曲线，以完成重叠峰曲线的分离
。2.
根据权利要求1所述的重叠峰曲线分离方法，其特征在于，所述利用高斯模型拟合重叠峰曲线的过程包括：将重叠峰曲线看作是多个高斯模型的线性叠加，利用
N
个高斯模型拟合重叠峰曲线，得到拟合重叠峰曲线的数学表达式：其中，
A
i
表示第
i
个子峰的峰高；
B
i
表示第
i
个子峰的峰位；
C
i
表示第
i
个子峰的峰宽
。3.
根据权利要求2所述的重叠峰曲线分离方法，其特征在于，所述利用锐化算法对原始重叠峰曲线进行锐化处理的过程包括：利用以下锐化公式对原始重叠峰曲线进行锐化：
Y(x)
＝
y(x)
‑
ky
″
(x)
；其中，
Y(x)
表示锐化后的重叠峰曲线；
y(x)
表示原始重叠峰曲线；
y
″
(x)
表示原始重叠峰曲线的二阶导数；
k
为锐化因子
。4.
根据权利要求3所述的重叠峰曲线分离方法，其特征在于，所述锐化因子
k
的取值在
1000
以上
。5.
根据权利要求3所述的重叠峰曲线分离方法，其特征在于，所述原始重叠峰曲线
y(x)
为净化处理后的重叠峰曲线，所述净化处理过程包括：利用五点三次平滑算法对检测到的重叠峰曲线进行平滑处理；利用非对称最小二乘基线校正算法扣除重叠峰曲线中的背景噪声
。6.
根据权利要求3所述的重叠峰曲线分离方法，其特征在于，所述子峰数量
N
以及峰高
A、
峰位
B、
峰宽
C
三个参数的取值区间的确定方法包括：根据锐化后的重叠峰，计算斜率为零的点，确定出峰点和谷点；根据峰点个数确定出子峰数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹妍，韩云鑫，吴晟，张笑银，白强，李雪莹，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：