[发明专利]一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法、装置、设备及介质

说明书

本发明公开了一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法、装置、设备及介质，方法为：步骤1，采用微型荧光光谱仪获取N个水样各自在消解过程中的混叠荧光光谱，并进行去噪处理；步骤2，采用独立成分分析法，对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱进行解混，得到水样中各种物质的荧光光谱以及其浓度系数；步骤3，根据所有水样的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度，训练基于支持向量机回归模型的总氮快速在线检测模型；步骤4，对于总氮待检测的水样，按步骤1‑2相同的方法获取内部各种物质的浓度系数，然后输入至步骤3训练得到的总氮快速在线检测模型，输出得到待检测水样的总氮浓度。本发明对总氮检测速度更快且精度更高。

技术领域

本发明属于水质检测领域，具体涉及一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法、装置、设备及介质。

背景技术

水质安全与国计民生息息相关，安全用水是影响公共健康的重要资源。随着我国工业化程度的加深，污水排放量日益增加，水质有机物污染越来越严重，因此需要对地表水以及城市污水实时在线检测，为公众安全以及生态环境提供有力的保障。

荧光是一种光致冷发光现象。在物质吸收紫外和可见光等入射光的能量时，物质分子收到激发，从低能级跃迁到高能级，被激发的分子称为电子激发态分子。但电子激发态分子并不稳定，辐射跃迁的衰变会使分子重回基态，在此过程中产生了荧光。

荧光分光光度计是由光源、单色器、样品池、光电倍增管等组成，光源发出宽频光经单色器成为某一波长的单色光照射在样品池的待测样本上，激发后产生荧光现象，在荧光强度最大的方向，即90度的方向，对发射光进行接受及电信号的转换放大，最终在上位机上显示出来，完成检测。

三维荧光光谱具有灵敏度高、选择性好等显著优势，近年来被广泛应用于水质检测。然而，三维荧光光谱仪体积大，不利于用于在线检测。

发明内容

为了克服三维荧光光谱仪难以应用于在线检测的技术问题，本发明提供一种新的基于荧光光谱的总氮在线快速检测方法、装置、设备及介质，根据消解过程中一系列混叠荧光光谱，结合独立成分分析算法以及支持向量回归，可以将荧光光谱用于在线检测，且较传统的方法，检测速度更快且精度更高。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法，包括：

步骤1，采用微型荧光光谱仪获取N个水样各自在消解过程中的混叠荧光光谱，并进行去噪处理；

步骤2，采用独立成分分析法，对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱进行解混，得到水样中各种物质的荧光光谱以及其浓度系数；

步骤3，根据所有水样的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度，训练基于支持向量机回归模型的总氮快速在线检测模型；

步骤4，对于总氮待检测的水样，按步骤1-2相同的方法获取内部各种物质的浓度系数，然后输入至步骤3训练得到的总氮快速在线检测模型，输出得到待检测水样的总氮浓度。

进一步的，去噪处理的方法为：按照与水样混叠荧光光谱相同的获取条件，采用微型荧光光谱仪获取没有水样时的混叠荧光光谱，记为背景暗噪声；然后将各水样的混叠荧光光谱减去背景暗噪声，所得即为各水样去噪处理后的混叠荧光光谱。

进一步的，水样混叠荧光光谱的获取条件为：使用紫外增强型150W氙灯光源对样品池照射，采用奥普天成ATP5020P微型荧光光谱仪对样品池中的水样进行探测，且氙灯光源和光谱仪与样品池之间所成的夹角为90°。

进一步的，氙灯光源和光谱仪，均通过抗紫外光纤连接到样品池。

进一步的，步骤2的具体方法为：

步骤2.1，对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱沿时间展开成一维向量x_i′，i用于区分不同的水样；