[发明专利]一种三维荧光光谱结合PARAFAC算法测定污染物的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种三维荧光光谱结合PARAFAC算法测定污染物的方法，涉及污 染物种类及其含量鉴别领域，特别是快速鉴别水体、土壤等环境中的有机污染物，如具有共 轭结构的疏水性有机污染物，苯、菲、萘、蒽及其衍生物、苯并吡、1-萘酚，2-萘酚等污染 物的方法。

背景技术

荧光分析方法是例行分析的重要手段之一，然而，随着分析对象的不断发展、分析 任务的日益复杂，传统的荧光分析法已很难满足要求。因为传统的荧光发射(激发)光谱只是 在某一个激发(发射)波长下扫描，而荧光是激发波长和发射波长两者的函数，所以传统的荧 光发射(或激发)光谱并不能完整地描述物质的荧光特征，因此完整的描述一个化合物荧光信 息需要三维荧光光谱才能实现，这也是进行光谱识别、表征的必要条件。另外，对一个含多 种组分的荧光光谱(发射/激发)重叠的对象，传统的峰值定量法很难解决组分之间的干扰问题， 需要从对象更完全的信息中寻找选择性的区域，或结合其它的优化手段才可能准确地实现多 个组分的同时分析。三维荧光光谱分析方法是近三十多年发展起来的一门新的荧光分析技术， 这种技术能够获得激发波长与发射波长或其它变量同时变化时的荧光强度信息，将荧光强度 表示为激发波长-发射波长或波长-时间、波长-相角等两个变量的函数。

通常，三维荧光的三个维度是指荧光激发、发射波长和荧光强度，它表现的是荧光 强度随激发和发射波长同时变化的信息。一般获取三维荧光数据的方法是在不同激发波长位 置上连续扫描发射光谱，并可利用各种绘图软件将其以等角三维荧光投影图(Ex-Em-If)或等 高线光谱(Ex-Em)等图象化形式表现。

并且，在处理多组分体系或者组分荧光光谱重叠的体系时，传统的荧光分析利用荧 光物质的荧光强度峰值进行定量，其选择性、灵敏度将受到极大限制。因此，十分有必要寻 找一种快速、便捷、稳定、可靠的测定污染物的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维荧光光谱结合PARAFAC算法测 定污染物的方法，特别是快速鉴别水体、土壤等环境中有荧光特性的污染物，如具有共轭结 构的疏水性有机污染物，苯、菲、萘、蒽及其衍生物、苯并吡、1-萘酚，2-萘酚等污染物的 方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案。

一种三维荧光光谱结合PARAFAC算法测定污染物的方法，所述方法鉴别步骤如下：

a.样本数据库的建立：首先建立不同浓度、不同种类的污染物在特定激发/发射波长范围内 的三维荧光光谱PARAFAC算法数据库，同时得到污染物浓度和特征荧光强度的标准曲线；

b.样品前处理：将样品溶解到去离子水中，通入一定量氮气去除溶解氧，再用0.45μm 的微孔滤膜过滤，去除杂质；

c.三维荧光光谱数据的获取：将步骤b中去除杂质后的样品取4ml加入比色皿中，置于三 维荧光光谱分析仪中，设置好参数，进行扫描得到样品的三维荧光光谱数据；

d.污染物类型的鉴别：将步骤c中得到的样品三维荧光光谱数据用matlab软件载入装有 PARAFAC算法的工具箱中，对光谱进行解析，根据荧光光谱特征峰的位置结合污染物的三 维荧光光谱数据库，鉴别污染物的类型；

e.污染物浓度鉴别：将步骤d中得到的确定类型后的污染物，在特定激发/发射波长处的荧 光强度与步骤a中标准曲线的强度进行对比，获得浓度数据；

f.模型修正：目标污染物的三维荧光光谱强度超出三维荧光光谱数据库的检测上下限值，此 时，将目标污染物的浓度对应稀释或浓缩x倍，再经过步骤c、d、e，从而对应计算得到符 合三维荧光光谱标准数据库比对的目标污染物浓度。

进一步，所述步骤d中PARAFAC算法是：将获得的全部荧光数据构建成三维数据矩 阵X_ijk，三维数据矩阵X_ijk分解为3个载荷矩阵和残差数阵，如下模型：