①任意寻峰范围:通过测试试纸条得知,共300个点,从START到END,如200~500。
②若为选取的峰,则峰高必须大于一个阈值THRESHOLD,如100 mV。
③寻峰完毕后,峰的个数必须为2个,否则寻峰失败。
④峰的宽度通过测试试纸得知,是一个定值WIDTH,如60。
⑤通过计算峰高之比来求得比值。
⑥可往本底不平滑的情况进行。
(2)自动寻峰算法
自动寻峰方法有多种,如高斯乘积函数法,导数法(一阶、二阶、三阶),对称零面积法,协方差法等。其中,高斯乘积函数寻峰法可靠性较差;导数法(一阶、二阶、三阶),比较简单;对称零面积法可准确识别弱峰;协方差法较为复杂。而这些高级的寻峰方法主要用于光谱分析中识别弱峰、重峰、假峰等。
本设计采用常见的一阶导数法来进行自动寻峰,该方法非常简单且比较准确,很容易在嵌入式处理器中用软件实现。
自动寻峰算法流程如下:
①取得300点寻峰范围内的各索引值的电压值V。
②分别求得(300—1)个相邻数值之间的差值d。
③在(WIDTH/2,END—START—WIDTH/2)范围内开始寻峰。
④取得极大值后,其索引值为i。分别求得左有索引值LEFT和RIGHT。
⑤通过左右索引值及各对应的电压值拟合一条直线,并求出 i+1处对应的峰高。
⑥若该峰高大于阈值THRESHOLD,且峰的个数≤2,则将该峰高存入数组中,并将索引值i加上WIDTH/2。
⑦寻峰完毕或者出现峰的个数大于2,则退出寻峰。
⑧寻峰结束后,如果峰的个数为2个,则通过计算峰高的比值即C/T,将该比值代入公式中即可求出待测物质的浓度值。
导数法示意图如图7所示。
2 系统测试结果
试纸卡在步进电机的驱动下做直线运动,通过光学检测系统对其进行逐步扫描和信号采集,采集到的信号值通过上位机软件显示,采样到的信号值在T线和C线处形成两个波峰,克伦特罗的浓度与T线信号成负相关,而C线上捕获的荧光素标记兔抗信号值则相对固定,C线峰值用作参照,通过寻找T线和C线处的峰值,再通过T线和C线峰值的比值来计算克伦特罗的浓度。
现以测试的一组克伦特罗浓度值为例,采样到的信号值上位机显示波形图如图8所示。检测时间总共耗时6 s,其中横坐标为采样的点数,总共采样1 500个点,1 ms采样一个点,纵坐标为每点所对应的采样电压值,两个波峰分别为T线和C线处的波峰,T线所对应的峰高与被测样品浓度成负相关,C线所对应的峰高是用作参照的,用来消除背景干扰。
根据寻峰算法可得T线峰高为0.564 V,C线峰高为0.258 V,比值为2.186,代入
。其中y为浓度值,x为比值,得出克伦特罗浓度为0.137 ppb。检测量程为0.0~0.3 ppb,检测灵敏度为0.01 ppb。
结语
本文介绍了一种以激光技术、荧光免疫层析技术和激光诱导荧光技术为基础的定量瘦肉精检测系统。该系统实现了瘦肉精的快速定量检测,检测灵敏度达到了0.01 ppb,同时检测时间短,能够大批量检测,是一个实用且完整的系统,对瘦肉精的精确检测具有很大的参考意义。