[发明专利]基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪

权利要求书

1.一种基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，包括光电数据采集模块、信号预处理模块、光电流模式识别模块、人机交互模块以及结果处理模块；

所述人机交互模块用于人工根据检测对象选择痕量离子/分子浓度模型并配置到所述光电流模式识别模块；

所述光电数据采集模块用于采集在待测溶液中产生的光电感应电流模拟信号；

所述信号预处理模块用于将光电感应电流模拟信号进行预处理，得到光电感应电流数字信号；

所述光电流模式识别模块用于将光电感应电流数字信号输入到选择的痕量离子/分子浓度模型，计算得到对应离子/分子浓度值；

所述结果处理模块用于将得到的对应离子/分子浓度值输出进行展示；

所述信号预处理模块的预处理过程包括信号降噪，所述信号降噪过程包括：

对光电感应电流模拟信号进行N层小波分解，对分解得到的各层系数选择一个阈值，并对各层系数做软阈值处理，对处理后的各层系数通过小波重建，得到降噪后的光电感应电流模拟信号；其中，阈值的获取方法如下：

给定一个指定的分解层数j，对j+1以及更高层所有系数保留；

对第i层，且1≤i≤j，保留绝对值最大的n_i个系数，n_i由下式确定：

n_i＝M(j+2-i)^α

式中，M和α均为经验系数。

2.根据权利要求1所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，所述痕量离子/分子浓度模型通过如下方法得到：

选择离子/分子对应的不同标准浓度溶液，并测定各标准浓度下对应的光电感应电流值；

基于不同标准浓度及对应的光电感应电流值绘制标准函数模型关系，得到该离子/分子对应的痕量离子/分子浓度模型。

3.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，所述人机交互模块还用于输出在线建模指令给所述光电流模式识别模块；

所述光电流模式识别模块还用于获取预设数量的标准溶液的浓度及对应的光电感应电流数字信号，并基于获取的数据构建痕量离子/分子浓度模型。

4.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，所述信号预处理模块的预处理过程包括：依次将光电感应电流模拟信号进行信号降噪、信号规整、信号放大、I/V转化、A/D转化，最终得到光电感应电流数字信号。

5.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，所述光电数据采集模块用于对光电感应电流模拟信号持续采样，当采样数据达到预设个数时判定采样成功，否则重新采样。

6.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，还包括初始化模块，所述初始化模块用于在人工在所述人机交互模块中选择开始时对该检测仪进行初始化和自检处理。

7.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，所述人机交互模块还用于人工选择结果处理请求并发送至所述结果处理模块，以及用于输入查询指令以查看历史检测结果；所述结果处理模块用于根据结果处理请求对得到的对应离子/分子浓度值进行存储和/或打印。

8.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，利用所述光电数据采集模块采集光电感应电流模拟信号时，待测溶液及所述光电数据采集模块置于全暗环境下，在预设偏压下采用唯一光源照射；其中，预设偏压取值范围为-0.5～0.5Vvs.RHE；光源采用太阳光、氙灯、卤钨灯、金卤灯、白炽灯、日光灯、LED灯、汞灯、激光中的一种，功率为1mW/cm²～300mW/cm²；待测溶液温度在10℃～60℃，pH值为3～10。

9.根据权利要求1或2所述的基于光电化学的溶液中痕量离子/分子检测仪，其特征在于，待测溶液中离子/分子浓度为0.1μmol/L～10m mol/L；其中，离子包括Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Cl^-、I^-、Br^-、S^2-，分子包括蛋白质分子、DNA分子、氨基酸分子。