[发明专利]一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法

说明书

本发明涉及环境保护技术领域，公开了一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，包括S1水样制备，确定水样中DOM种类和相对含量；S2构建SPR光子舌传感阵列；S3引入测试电路，实现水样SPR特征共振波长、谱宽以及光强测量；S4进行ICPSO‑BP网络训练，从而获得满足误差要求的网络结构参数；S5利用训练后的ICPSO‑BP网络确定DOM组份。与现有技术相比，本发明基于电子舌原理，结合SPR传感阵列，进行光子舌设计，通过传感阵列，实现较大动态范围内DOM组份的测量，利用改进粒子群算法优化的BP网络（ICPSO‑BP），构建多分类器的集成系统，从而提高模型的泛化能力，得到更好的目标识别精度。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法。

背景技术

过高浓度的可溶解有机物(Dissolved Organic Matter，DOM)所造成的水体富营养化是重要因素之一。水体中过高的DOM，不仅通过水藻的爆发式生长、死亡、降解等过程释放毒素造成水质劣化，还通过对水体生物、化学需氧量等参数的影响，再经一系列复杂且多变的生化过程影响水体的自洁能力，加速劣化水质，进而对水产养殖、工农业生产和饮水安全造成严重威胁，直接危及相关人群的生活质量与身体健康。因此，DOM的影响对水体质量具有重大作用，在表征水体质量的诸指标体系中，DOM总量与成份的辨识具有突出地位。

一般来说，在环境科学和环境保护的研究中，对DOM组份的辨识一直是湖泊科学研究的主要热点，辨识结果数据对水体中污染物迁移转化行为、毒性和风险评估等具有十分重要的作用，水体中DOM不同组成成份的精准测量是实现环境评估与保护的重要前提。

然而，目前DOM常见的检测方法虽可以对DOM进行定性分析，对DOM总量实现测定，但对于DOM组份的测定一直都是瓶颈。其中，化学检测方法会对测试过程引入化学变化物质，从而导致其测量精度下降，吸收光谱及荧光光谱法，除需大型室内试验仪器的弊端以外，还存在基于荧光中的强度掩蔽效应，导致对于DOM中类似组份的荧光信号无法区分，从而限制其在DOM组份测定中的应用，而生物检测法则因其测试过程复杂，使其在DOM组份定量分析方面的作用明显不足。与此同时，影响DOM组份分布的来源众多，不同来源的水体对其组份含量、性质等影响很大，故其组份极为复杂且特性不一。

面对DOM众多的特性不一的组份辨识任务，欲测定其各自组份所占比例，利用单一响应传感器无法实现，需具有不同传感特性的传感器对其组份分别一一响应，并对之进行分析，才可获得其组份具体信息。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，本发明提出利用光纤SPR传感的非特异选择性及交叉敏感性来构建传感阵列，并基于改进粒子群算法优化的BP网络(ICPSO-BP)，构建多分类器的集成系统，通过对共振波长、谱宽和光强的综合训练，从而实现对样品DOM组份特性的具体分析测量。

技术方案：本发明提供了一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，包括如下步骤：

S1：水样制备，利用三维荧光谱测量确定水样中DOM种类和相对含量，获得验证用数据；

S2：构建SPR光子舌传感阵列：利用多个多模光纤，镀以不同厚度的金膜，构成具有不同折射率测量值的SPR传感探头阵列，使各传感探头的折射率测量值分布在光子舌阵列设计要求的1.33～1.43RIU范围内；

S3：将S2中SPR光子舌传感阵列引入测试电路，实现水样SPR特征共振波长、谱宽以及光强测量，获得训练用数据；

S4：利用ICPSO优化BP神经网络构建多分类器集成系统，利用S3中SPR传感探头测得各水样SPR响应的波长、谱宽和光强训练用数据作为各自ICPSO网络分类器的输入，将S1分析确定的DOM组份数据作为网络输出，进行ICPSO-BP网络训练，获得满足误差要求的网络结构参数；