[发明专利]一种水体重金属种类及浓度检测的方法

说明书

本发明公开了一种水体重金属种类及浓度检测的方法，包括利用微藻的生物吸附原理，基于太赫兹光谱技术检测出重金属对微藻体内物质成分的改变，进而建立预测重金属浓度的PLS模型；结合主成分分析的结果来看，对铅离子的最佳预测时间为6小时，对镍离子的最佳预测时间为18小时，最佳波段为15‑18THz；利用真实地表水的铅镍浓度设置不同混合离子浓度，建立预测两种重金属离子的模型，并用真实水体的实验来验证模型的准确度，实验中铅离子的预测准确度为100％，对镍离子的预测准确度为93.2％，本发明实现了基于太赫兹技术以微藻为载体的水体重金属种类及浓度检测，避免了每次检测前繁杂的预处理，缩短了检测时间，提高了检测精度，检测消耗样本量也减少了。

技术领域

本发明涉及太赫兹光谱技术领域，尤其涉及一种水体重金属种类及浓度检测的方法。

背景技术

水体重金属元素超标是自然界中危害人类健康的主要威胁之一。随着城市的发展和工业水平的进步，水体中重金属的含量也不断增加。由于城市发展和工业水平的进步，水体中重金属主要包括镉(Cd)、铅(Pb)、镍(Ni)、铜(Cu)等的含量不断增加，对动植物以及人类健康造成严重威胁。重金属危害的持久性、不易降解以及随着食物链的富集危害性逐渐增强的特点，使得我们不得不重视水体重金属污染的问题。

近年来，为了解决传统水质评价方法无法直接、全面地反映其对环境的综合影响的问题，生物监测水环境的污染成为了一个新的研究方向。生物监测指通过检测指定生物受水体污染的变化来反映水体的污染状况，因为生物与其生存的环境具有协同性，其变化可以直接反映出污染物的危害程度，微藻作为水环境中重要的光合生物，其生长快、成本低、易操作、无污染、具有吸附重金属的能力，使得微藻成为水体生物检测的理想选择。微藻对重金属吸附有两种机制，一种是物理吸附，一种是生物吸附，生物吸附机制是微藻将重金属吸收进体内，重金属引起微藻内主要物质成分如蛋白质，淀粉，脂质，色素的含量改变。利用其生物吸附机制可以推断重金属污染水体的情况。

近年来，太赫兹光谱技术的应用研究也扩展到了越来越多的领域。太赫兹(THz)波位于红外和微波之间，频率范围覆盖0.1-10THz。由于太赫兹辐射的光子能量较低，因此可对待测样品进行无损检测。相比于其他的光谱技术，太赫兹光谱技术在大分子震动和转动能级方面更占有优势。很多生物样本如氨基酸、蛋白质等的分子振动范围在太赫兹范围内，它们的太赫兹特征峰明显，因此可以用太赫兹光谱技术来检测微藻体内受重金属影响的物质成分变化。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种水体重金属种类及浓度检测的方法，包括如下步骤：

S1：根据待测金属种类和浓度，分别配置多种单重金属溶液；

S2：在每一种所述单重金属溶液中均加入微藻藻泥样本；

S3；设置不同浓度和种类的所述单重金属溶液对所述微藻藻泥样本进行不同时间的胁迫；

S4：将胁迫后的微藻溶液进行离心、取上清液、研磨以及干燥处理形成藻膜；

S5：使用傅里叶红外光谱仪采集藻膜的光谱，每个所述藻膜样本采集21条光谱；使用unscramble软件对采集到的光谱进行数据处理，先用相邻平均平滑算法进行窗口数为5的平滑，后对数据进行基线矫正，继续使用unscramble中偏最小二乘法对光谱数据建立分类预测模型，其PLS模型中建模集样本数为14，预测集样本数为7，并将7种浓度标注为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”；后用主成分分析法对光谱数据进行降维分析；获得待测重金属的最佳胁迫时间和波段；

S6：基于最佳胁迫时间和波段，配制多组重金属混合溶液，并且对微藻藻泥进行最佳时间的胁迫，利用傅里叶红外光谱仪对胁迫后的藻膜进行最佳波段的光谱采集；

S7：利用S6采集的光谱数据作为建模集建立PLS模型，以实际地表水样本光谱数据作为PLS模型的预测集对模型进行检测，判断模型检测的精准度。