Detección precisa de las concentraciones de Cd2+ y Pb2+ en suelos mediante áreas de picos de voltametría de stripping bajo la interferencia mutua de múltiples metales pesados
Autores: Ye, Wenshuai; Liu, Ning; Zhao, Guo; Liu, Gang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Detección
Metales pesados
SWASV
Aprendizaje automático
Algoritmo
Suelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
La detección precisa de Cd2+ y Pb2+ en suelos mediante voltametría de stripping anódico de onda cuadrada (SWASV) enfrenta grandes desafíos debido a que la interacción entre múltiples iones de metales pesados (HMIs) interfiere seriamente con sus señales de SWASV. Para detectar Cd2+ y Pb2+ mediante SWASV con alta precisión, se empleó una señal informativa pero pasada por alto, es decir, el área del pico de corriente de stripping, y se combinó con métodos quimiométricos para suprimir la interferencia mutua mencionada. Se utilizó un electrodo fácil de preparar, es decir, un electrodo de carbono vítreo modificado con película de bismuto electrochapada in situ, para detectar los múltiples HMIs. Se utilizaron dos algoritmos de aprendizaje automático, incluidos SVR y PLSR, para establecer los modelos de detección de Cd2+ y Pb2+. Además, este estudio desarrolló un algoritmo casero para adquirir automáticamente las alturas de los picos de stripping y las áreas de los picos de Zn2+, Cd2+, Pb2+, Bi3+ y Cu2+, que actuaron como entradas de los modelos de aprendizaje automático. Luego, se comparó el rendimiento de detección de varios modelos SVR y PLSR en función de los valores R2 y RMSE del conjunto de datos de validación. Los resultados mostraron que los modelos de detección SVR establecidos por las áreas de pico adquiridas algorítmicamente presentaron la mejor estabilidad y precisión para detectar tanto las concentraciones de Cd2+ como de Pb2+ en presencia de Zn2+ y Cu2+. Los valores R2 y RMSE de los modelos SVR construidos utilizando las alturas de los picos de HMIs adquiridos por el software de control de la estación de trabajo electroquímica (Imanu-SVR) fueron 0.7650 y 5.3916 g/L para Cd2+, y 0.8791 y 20.0015 g/L para Pb2+, respectivamente; los valores R2 y RMSE de los modelos SVR construidos utilizando el área del pico adquirida automáticamente por el algoritmo desarrollado (Aalgo-SVR) fueron 0.9204 y 2.9906 g/L para Cd2+, y 0.9756 y 13.1574 g/L para Pb2+, respectivamente. Más importante aún, los resultados de detección del método propuesto en extractos de suelo reales para las concentraciones de Cd2+ y Pb2+ fueron cercanos a los de ICP-MS, verificando su viabilidad. Este estudio proporciona una nueva solución para la detección precisa de metales pesados objetivo bajo la coexistencia de múltiples HMIs mediante el método SWASV.
Descripción
La detección precisa de Cd2+ y Pb2+ en suelos mediante voltametría de stripping anódico de onda cuadrada (SWASV) enfrenta grandes desafíos debido a que la interacción entre múltiples iones de metales pesados (HMIs) interfiere seriamente con sus señales de SWASV. Para detectar Cd2+ y Pb2+ mediante SWASV con alta precisión, se empleó una señal informativa pero pasada por alto, es decir, el área del pico de corriente de stripping, y se combinó con métodos quimiométricos para suprimir la interferencia mutua mencionada. Se utilizó un electrodo fácil de preparar, es decir, un electrodo de carbono vítreo modificado con película de bismuto electrochapada in situ, para detectar los múltiples HMIs. Se utilizaron dos algoritmos de aprendizaje automático, incluidos SVR y PLSR, para establecer los modelos de detección de Cd2+ y Pb2+. Además, este estudio desarrolló un algoritmo casero para adquirir automáticamente las alturas de los picos de stripping y las áreas de los picos de Zn2+, Cd2+, Pb2+, Bi3+ y Cu2+, que actuaron como entradas de los modelos de aprendizaje automático. Luego, se comparó el rendimiento de detección de varios modelos SVR y PLSR en función de los valores R2 y RMSE del conjunto de datos de validación. Los resultados mostraron que los modelos de detección SVR establecidos por las áreas de pico adquiridas algorítmicamente presentaron la mejor estabilidad y precisión para detectar tanto las concentraciones de Cd2+ como de Pb2+ en presencia de Zn2+ y Cu2+. Los valores R2 y RMSE de los modelos SVR construidos utilizando las alturas de los picos de HMIs adquiridos por el software de control de la estación de trabajo electroquímica (Imanu-SVR) fueron 0.7650 y 5.3916 g/L para Cd2+, y 0.8791 y 20.0015 g/L para Pb2+, respectivamente; los valores R2 y RMSE de los modelos SVR construidos utilizando el área del pico adquirida automáticamente por el algoritmo desarrollado (Aalgo-SVR) fueron 0.9204 y 2.9906 g/L para Cd2+, y 0.9756 y 13.1574 g/L para Pb2+, respectivamente. Más importante aún, los resultados de detección del método propuesto en extractos de suelo reales para las concentraciones de Cd2+ y Pb2+ fueron cercanos a los de ICP-MS, verificando su viabilidad. Este estudio proporciona una nueva solución para la detección precisa de metales pesados objetivo bajo la coexistencia de múltiples HMIs mediante el método SWASV.