Analysis of Heavy Metals Content in Soil by XRF Spectroscopy Based on the Frequency-based Optima Strategy with IRIV-BOSS

REN Shun; DING Hao; HONG Zi-yu; LU Min-bo

doi:10.12452/j.fxcsxb.240927418

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Analysis of Heavy Metals Content in Soil by XRF Spectroscopy Based on the Frequency-based Optima Strategy with IRIV-BOSS

Experimental Techniques and Methods | 更新时间：2025-08-08

- Analysis of Heavy Metals Content in Soil by XRF Spectroscopy Based on the Frequency-based Optima Strategy with IRIV-BOSS
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 8, Pages: 1712-1718(2025)
- 作者机构：
  
  1.三峡大学计算机与信息学院，湖北宜昌 443002
  2.三峡大学水电工程智能视觉监测湖北省重点实验室，湖北宜昌 443002
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.240927418
  CLC： O657.34;TB9
- Received：27 September 2024，
  
  Revised：10 December 2024，
  
  Accepted：21 January 2025，
  
  Published：15 August 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
任顺,丁浩,洪子钰,陆旻波.基于频次优选策略与IRIV-BOSS的土壤重金属含量预测研究[J].分析测试学报,2025,44(08):1712-1718.

REN Shun,DING Hao,HONG Zi-yu,LU Min-bo.Analysis of Heavy Metals Content in Soil by XRF Spectroscopy Based on the Frequency-based Optima Strategy with IRIV-BOSS[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(08):1712-1718.
任顺,丁浩,洪子钰,陆旻波.基于频次优选策略与IRIV-BOSS的土壤重金属含量预测研究[J].分析测试学报,2025,44(08):1712-1718. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240927418.

REN Shun,DING Hao,HONG Zi-yu,LU Min-bo.Analysis of Heavy Metals Content in Soil by XRF Spectroscopy Based on the Frequency-based Optima Strategy with IRIV-BOSS[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(08):1712-1718. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240927418.

摘要

该文基于XRF光谱技术，通过采集87个配制土壤样品的 X 射线荧光光谱值，建立了多种土壤重金属（Cu、Zn、As、Pb、Cr）含量的定量检测模型。首先通过迭代信息保留算法（IRIV）进行变量筛选，其次结合频次优选策略下的引导软阈值算法（BOSS）得到各变量频次，选择频次达到30或35次以上的变量作为最终建模输入，建立偏最小二乘（PLS）模型。实验结果显示，经过频次优选策略的IRIV-BOSS算法能有效提升预测精度，Cu、Zn、As、Pb、Cr在测试集的决定系数分别为：0.994 8、0.990 7、0.996 7、0.993 8、0.994 2，经优选后的特征波长个数分别为：69、53、60、51、67。基于频次优选策略的IRIV-BOSS算法能够在有效去除干扰变量的同时，保留关键信息，提高模型预测精度，为XRF技术在土壤重金属定量分析中的应用提供了理论支撑和实践价值。

Abstract

In X-ray fluorescence（XRF） spectroscopy analysis of soil heavy metals，due to the high spatial complexity of the obtained spectral data，the non-deterministic polynomial（NP） problem of polynomial complexity often arises. Based on X-ray fluorescence spectroscopy，the X-ray fluorescence spectra of 87 prepared soil samples were collected to establish quantitative detection models for various soil heavy metal contents（Cu，Zn，As，Pb，Cr）. Variable selection was first performed using the iterative retaining information variable（IRIV） method. Subsequently，the bootstrapping soft shrinkage（BOSS） algorithm，under a frequency optimization strategy，was applied to calculate the frequency of each varia

ble. Variables with frequencies of 30 or 35 times or more were selected as the final inputs for model construction using the partial least squares（PLS） method. Experimental results demonstrated that the IRIV-BOSS algorithm with frequency optimization strategies significantly improved prediction accuracy. The coefficients of determination（

²） for Cu，Zn，As，Pb，and Cr in the test set were 0.994 8，0.990 7，0.996 7，0.993 8，and 0.994 2，respectively，while the numbers of selected optimal characteristic wavelengths were 69，53，60，51，and 67. The IRIV-BOSS algorithm based on frequency optimization strategies effectively eliminates interfering variables while retaining critical information，thereby enhancing model prediction accuracy. This provides theoretical support and practical value for the application of XRF technology in the quantitative analysis of soil heavy metals.

关键词

Keywords

references

Li Z Y ， Xiao M ， Ren D ， Ren S ， Xiong B . Acta Sci . Circumst . （李泽宇，肖敏，任东，任顺，熊彪. 环境科学学报）， 2023 ， 43 （ 6 ）： 398 - 406 .

Meng L ， Han P ， Wang S F ， Ren D ， Wang J H . Food Mach . （孟蕾，韩平，王世芳，任东，王纪华. 食品与机械）， 2017 ， 33 （ 8 ）： 210 - 213 .

The Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China . Bulletin on the State of China's Ecological and Environmental Conditions in 2022（中华人民共和国生态环境部 . 2022中国生态环境状况公报）. https：//www.gov.cn/lianbo/bumen/202305/content_6883708.htm https://www.gov.cn/lianbo/bumen/202305/content_6883708.htm .

Ren D ， Qu F F ， Zhang Z ， Lv K ， Zhang Z ， Xu H L ， Wang X Y . Neurocomputing ， 2016 ， 171 ： 1038 - 1046 .

Li Q C ， Li M Z ， Yang W ， Sun H ， Zhang Y . Spectrosc . Spectral Anal. （李奇辰，李民赞，杨玮，孙红，张瑶. 光谱学与光谱分析）， 2023 ， 43 （ 12 ）： 3871 - 3876 .

Ding Z L ， Zhang D F ， Song P Z ， Zhou Z H ， Sun J . J . Anhui Univ. ： Nat. Sci. （丁宗玲，张丁烽，宋佩洲，周宗浩，孙进. 安徽大学学报（自然科学版））， 2022 ， 46 （ 1 ）： 43 - 46 .

Li F S ， Zeng X L . Laser Optoelectron . Prog. （李福生，曾小龙. 激光与光电子学进展）， 2023 ， 60 （ 5 ）： 381 - 388 .

Wang S F ， Han P ， Wang J H ， Lu A X ， Li F . J . Food Saf. Qual . （王世芳，韩平，王纪华，陆安祥，李芳. 食品安全质量检测学报）， 2016 ， 7 （ 11 ）： 4394 - 4400 .

Zhang Z L ， Wang Z ， Luo Y ， Zhang J Q ， Tian D ， Zhang Y D . Sensors ， 2023 ， 23 （ 18 ）： 7707 .

Xu W X ， Xia J J ， Wei Y ， Chen Y Y ， Mao X R ， Min S G ， Xiong Y M . Spectrosc . Spectral Anal. （徐惟馨，夏静静，韦芸，陈玥瑶，毛欣然，闵顺耕，熊艳梅. 光谱学与光谱分析）， 2023 ， 43 （ 3 ）： 842 - 847 .

Cheng H Z ， Yang W Q ， Li F S ， Ma Q ， Zhao Y C . Spectrosc . Spectral Anal. （程惠珠，杨婉琪，李福生，马骞，赵彦春. 光谱学与光谱分析）， 2023 ， 43 （ 12 ）： 3742 - 3746 .

Bian X H ， Zhang R L ， Peng L ， Xiang Y ， Wang S Y ， Tan X Y . Spectrochim . Acta A ， 2023 ， 284 ： 121788 .

Zhang Z G ， Ni L J ， Zhang L G ， Luan S R . J. Instrum. Anal. （张占鸽，倪力军，张立国，栾绍嵘. 分析测试学报）， 2023 ， 42 （ 2 ）： 204 - 209 .

Liu X Q ， Yan C H ， An D Y ， Yue C G ， Zhang T L ， Tang H S ， Liu H . RSC Adv. ， 2023 ， 13 （ 22 ）： 15347 - 15355 .

Paltseva A A ， Deeb M ， Iorio E D ， Circelli L ， Cheng Z Q ， Colombo C . Sci. Total Environ. ， 2022 ， 809 ： 151107 .

Wang D ， Li G ， Wu S ， Lin L . Infrared Phys. Technol. ， 2022 ， 123 ： 104140 .

Zhang H L ， Nie X ， Liao S M ， Zhan B S ， Luo W ， Liu S L ， Liu X M ， Xie C Y . Spectrosc . Spectral Anal. （章海亮，聂训，廖少敏，詹白勺，罗微，刘书玲，刘雪梅，谢潮勇. 光谱学与光谱分析）， 2024 ， 44 （ 6 ）： 1718 - 1723 .

Chen S Y ， Wang M Y ， Kuo Y M ， Chan Y C ， Chen Y C . Postharvest Biol. Technol. ， 2024 ， 211 ： 112837 .

Zhao B ， Zhu W X ， Hao S F ， Hua M ， Liao Q L ， Jing Y ， Liu L ， Gu X Y . J. Hazard. Mater. ， 2023 ， 448 ： 130879 .

Guo Y ， Guo J X ， Shi Y ， Liu L ， Fang W Y ， Liu Y C . Xinjiang Agric. Sci. （郭阳，郭俊先，史勇，刘丽，方文艳，刘彦岑. 新疆农业科学）， 2023 ， 60 （ 3 ）： 616 - 623 .

GB 15618 - 2018 . Soil Environmental Quality Risk Control Standard for Soil Ccontamination of Agricultural Land. The Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China （土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准.中华人民共和国生态环境部） .

Yun Y H ， Wang W T ， Tan M L ， Liang Y Z ， Lian Y Z ， Li H D ， Cao D S ， Liu H M ， Xu Q S . Anal. Chim. Acta ， 2014 ， 807 ： 36 - 43 .

Deng B C ， Yun Y H ， Cao D S ， Yin Y L ， Wang W T ， Lu H M ， Luo Q Y ， Liang Y Z . Anal. Chim. Acta ， 2016 ， 908 ： 63 - 74 .

Zhou P ， Chen J Y ， Du L ， Li X J . IEEE Trans. Cybern. ， 2022 ， 53 （ 7 ）： 4232 - 4244 .

Zhang M S ， Ju W ， Cheng Z Y ， Ren H D . Chin . J. Quantum. Electron . （张梦思，鞠薇，程志友，任慧东. 量子电子学报）， 2023 ， 40 （ 3 ）： 383 .

Wu X ， Li G L ， Fu X L ， He F Y ， Wu W X . Food Energy Secur. ， 2023 ， 12 （ 3 ）： e447 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Prediction of Heavy Metal Contents in Soil Based on X-ray Fluorescence Spectroscopy with Multi-feature Series Strategy

Related Author

任顺

张雄

任东

杨信廷

张力

Related Institution

三峡大学计算机与信息学院

三峡大学湖北省农田环境监测工程技术研究中心

农产品质量安全追溯技术及应用国家工程实验室

Address：100 Xianlie Middle Road, Guangzhou Postal code：510070
Tel：020-87684776,37656606 Fax：020-87684776 Email：fxcsxb@china.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 粤ICP备12017312号-3 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.
Total Visits：564972 Visits Today：880

⁰