本技術(shù)涉及光譜分析，具體而言，涉及一種基于親水微結(jié)構(gòu)的重金屬檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、農(nóng)業(yè)灌溉水的質(zhì)量直接影響到作物生長(zhǎng)和食品安全，灌溉水中的重金屬含量，尤其是鉻(cr)的監(jiān)測(cè)變得尤為重要。傳統(tǒng)的重金屬檢測(cè)方法，如原子吸收光譜法，雖然準(zhǔn)確，但操作復(fù)雜、成本高，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜（libs）技術(shù)以其無(wú)損、快速、直接分析的優(yōu)點(diǎn)逐漸成為一種有力的替代技術(shù)。然而，現(xiàn)有的libs技術(shù)在檢測(cè)低濃度重金屬時(shí)，常受限于信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉水中低濃度重金屬鉻的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例的目的在于提供一種基于親水微結(jié)構(gòu)的重金屬檢測(cè)方法及裝置，通過(guò)超短脈沖激光制備親水微結(jié)構(gòu)基板（例如：鋁板），并對(duì)灌溉水進(jìn)行過(guò)濾處理，通過(guò)移液槍滴加固定體積的待測(cè)樣品（例如：農(nóng)業(yè)灌溉水）于基板上，并進(jìn)行加熱干燥，獲得富集待測(cè)樣品元素的待測(cè)樣本；采用波長(zhǎng)為532nm的激光束對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行燒蝕產(chǎn)生等離子體，等離子體信號(hào)經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器傳輸至高分辨率光譜儀，由激光器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，以控制高分辨率光譜儀采集等離子體特征光譜信號(hào)；配置預(yù)設(shè)非線性偏最小二乘算法模型的定量預(yù)測(cè)模型對(duì)采集的光譜進(jìn)行處理并分析，可預(yù)測(cè)得到重金屬含量，滿足檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的同時(shí)，解決了現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣、穩(wěn)定性差無(wú)法連續(xù)工作的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉水低濃度重金屬cr含量的快速、準(zhǔn)確、綠色檢測(cè)。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種基于親水微結(jié)構(gòu)的重金屬檢測(cè)方法，所述方法包括：

3、將采集的樣品添加到親水微結(jié)構(gòu)基板表面進(jìn)行干燥，獲得待測(cè)樣本；其中，所述親水微結(jié)構(gòu)基板通過(guò)對(duì)金屬基板表面飛秒激光加工制備獲得；

4、采用脈沖激光對(duì)所述待測(cè)樣本表面進(jìn)行燒蝕，并檢測(cè)燒蝕后產(chǎn)生的等離子體特征光譜信號(hào)；

5、對(duì)所述等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，獲得所述樣品中的重金屬元素含量。

6、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)制備具有親水結(jié)構(gòu)的基板快速對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行富集，緩解像現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)灌溉水痕量金屬檢測(cè)難度大的不足，有利于該技術(shù)在灌溉水及液體中痕量金屬的檢測(cè)發(fā)展與應(yīng)用。

7、可選地，所述金屬基板包括：鋁板；

8、所述親水微結(jié)構(gòu)基板的制備方式包括：

9、采用超短脈沖激光在鋁板表面微加工形成多個(gè)周期性微納結(jié)構(gòu)，以獲得親水微結(jié)構(gòu)基板；

10、其中，所述鋁板表面的粗糙度由于多個(gè)周期性微納結(jié)構(gòu)的存在完成改性。

11、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，鋁板可以顯著增強(qiáng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，增強(qiáng)光吸收作用，進(jìn)而增強(qiáng)激光與樣品之間的耦合作用，增強(qiáng)libs技術(shù)的檢測(cè)能力；親水微結(jié)構(gòu)基板有助于改善樣品分析的均勻性，有利于提高libs檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。

12、可選地，所述多個(gè)周期性微納結(jié)構(gòu)包括多個(gè)按照預(yù)設(shè)周期排列的矩形加工區(qū)域；所述矩形加工區(qū)域由多條間隔相等、尺寸相等的掃描線組成。

13、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，相比于隨機(jī)的非周期微納結(jié)構(gòu)，周期微納結(jié)構(gòu)能夠有助于光吸收基底形成性能穩(wěn)定可靠的固定結(jié)構(gòu)，周期微納結(jié)構(gòu)中僅包含尺寸相等的掃描線，使得飛秒激光加工時(shí)掃描的參數(shù)容易控制，降低了技術(shù)門檻，可重復(fù)性高。

14、可選地，所述樣品包括：灌溉水污染樣品；

15、所述將采集的樣品添加到親水微結(jié)構(gòu)基板表面進(jìn)行干燥，獲得待測(cè)樣本，包括：

16、對(duì)采集的所述灌溉水污染樣品進(jìn)行過(guò)濾處理，將過(guò)濾處理后的上層清液添加到所述親水微結(jié)構(gòu)基板表面進(jìn)行干燥，獲得待測(cè)樣本。

17、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)過(guò)濾干燥的方式，可以更好地將灌溉水污染樣品中溶解的溶質(zhì)沉積到基板表面，減少樣品中未溶解雜質(zhì)的干擾，提高了后續(xù)定量分析的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

18、可選地，所述采用脈沖激光對(duì)所述待測(cè)樣本表面進(jìn)行燒蝕，并檢測(cè)燒蝕后產(chǎn)生的等離子體特征光譜信號(hào)，包括：

19、發(fā)射脈沖激光，并將所述脈沖激光聚焦至所述待測(cè)樣本表面進(jìn)行燒蝕；

20、探測(cè)燒蝕過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體信號(hào)；

21、將所述等離子體信號(hào)分散為不同特征波長(zhǎng)的光譜，獲得等離子體特征光譜信號(hào)。

22、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)待測(cè)樣本燒蝕產(chǎn)生等離子體信號(hào)，檢測(cè)光譜信息進(jìn)行樣品重金屬元素含量預(yù)測(cè)，不僅具有l(wèi)ibs分析的無(wú)接觸、快速的一般優(yōu)點(diǎn)，還在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了重金屬含量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。

23、可選地，所述對(duì)所述等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，獲得所述樣品中的重金屬元素含量，包括：

24、基于預(yù)設(shè)主成分分析結(jié)合馬氏距離法，對(duì)所述等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行異常值剔除；

25、對(duì)異常值剔除后的等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行光譜基線校正；

26、基于預(yù)設(shè)非線性偏最小二乘算法模型對(duì)校正后的等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，獲得所述樣品中的重金屬元素含量。

27、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)非線性建?？朔藦?fù)雜成分樣本中元素與其他物質(zhì)復(fù)雜的相互作用，有效地解析和預(yù)測(cè)在復(fù)雜環(huán)境矩陣（灌溉水光譜數(shù)據(jù)）中存在的重金屬含量。

28、可選地，所述預(yù)設(shè)非線性偏最小二乘算法模型的構(gòu)建方式，包括：

29、對(duì)等離子體特征光譜信號(hào)建立的樣本集進(jìn)行偏最小二乘回歸，獲得自變量對(duì)應(yīng)的主成分和因變量；

30、將所述自變量對(duì)應(yīng)的主成分作為反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，所述因變量作為反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，獲得所述預(yù)設(shè)非線性偏最小二乘算法模型。

31、在上述實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)預(yù)設(shè)非線性偏最小二乘算法模型更精確地分析元素之間的復(fù)雜關(guān)系，不僅提高了含量分析的準(zhǔn)確性，而且提升了對(duì)環(huán)境污染的理解，從而為制定有效的環(huán)境保護(hù)策略提供了有力支持。

32、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于親水微結(jié)構(gòu)的重金屬檢測(cè)裝置，所述裝置包括：預(yù)處理模塊、燒蝕模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

33、所述預(yù)處理模塊用于：將采集的樣品添加到親水微結(jié)構(gòu)基板表面進(jìn)行干燥，獲得待測(cè)樣本；其中，所述親水微結(jié)構(gòu)基板通過(guò)對(duì)金屬基板表面飛秒激光加工制備獲得；

34、所述燒蝕模塊用于：采用脈沖激光對(duì)所述待測(cè)樣本表面進(jìn)行燒蝕，并檢測(cè)燒蝕后產(chǎn)生的等離子體特征光譜信號(hào)；

35、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于：對(duì)所述等離子體特征光譜信號(hào)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，獲得所述樣品中的重金屬元素含量。

36、可選地，所述燒蝕模塊包括：脈沖激光器、載物平臺(tái)和高分辨率光譜儀；

37、所述脈沖激光器的出光口正對(duì)所述載物平臺(tái)設(shè)置；所述高分辨率光譜儀與所述脈沖激光器電連接；

38、所述載物平臺(tái)用于：放置所述待測(cè)樣本；

39、所述脈沖激光器用于：發(fā)射脈沖激光并同時(shí)產(chǎn)生脈沖激光電信號(hào)，將所述脈沖激光聚焦至所述待測(cè)樣本表面進(jìn)行燒蝕；

40、所述高分辨率光譜儀用于：通過(guò)電連接接收所述脈沖激光電信號(hào)，并采集燒蝕過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體信號(hào)，將所述等離子體信號(hào)分散為不同特征波長(zhǎng)的光譜，獲得等離子體特征光譜信號(hào)。

41、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述機(jī)器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)執(zhí)行上述的方法的步驟。

42、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述的方法的步驟。

43、為使本技術(shù)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。