液態物質光譜基線校正定量分析方法

2023-10-06 05:35:29

專利名稱：液態物質光譜基線校正定量分析方法
技術領域：
本發明屬於化學定量分析方法，具體地說是一種液態物質光譜基線校正定量分析方法。
背景技術：
定量分析是分析化學中的常用方法，由於其結果更具有客觀性，更能揭示樣本的性質，因此在食品、醫藥、化工、司法鑑定等領域應用廣泛。常用的定量分析方法包括以下幾種:色譜法:色譜分析法是定量分析的常用方法，色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配，以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離的效果。色譜分析法的缺點是:1.液體中水的存在會損壞儀器，減少儀器使用壽命，測試前需要對液體做複雜的預處理；2.色譜定量分析，通常利用物質的歸一化面積大小作為物質的含量，實際上這樣的計算本身就會有很大的誤差，無法進行後續分析；如果需要更精確的分析就需要配製不同濃度的溶液繪製工作曲線，通過工作曲線進行定量分析，分析過程工作量大；3.測試時間長:通常測試一個樣本要40分鐘左右，不利於生產和實驗在線檢測。太赫茲光譜法:太赫茲波包含了頻率為0.3到3THz的電磁波，物質對這個頻率的波的吸收和反射能反映物質的內部結構等信息。目前太赫茲雷射技術還處於實驗室階段，這種方法離實際應用還有很多技術問題需要解決，例如空氣中的水蒸汽對太赫茲波的吸收會限制太赫茲波的傳輸距離，減小光譜的能量等。原子吸收光譜法:利用原子吸收光譜可以定量的測量樣本內部金屬離子的含量。這種方法存在的缺陷是:1.測量價格昂貴:不能多元素同時分析，測量不同的金屬離子需要配置不同的金屬燈，金屬燈的使用壽命短，價格昂貴。2.只能測量金屬離子的含量，無法對有機物做定量分析。3.原子吸收光譜法測定難熔元素的靈敏度低，無法對難熔元素測量。光譜法:由於具有快速、整體和無損鑑定複雜混合物體系等優點，已被廣泛應用於石油化工、食品工業、製藥工業和生物等相關領域。但是光譜法定量分析存在的缺點是:
1.數據採集過程中不可避免地存在基線漂移，基線漂移的存在影響了定量分析的精度。
2.噪聲不能得到有效地抑制，使鑑定結果存在較大誤差。有效的去除基線並抑制噪聲是影響光譜法定量分析精度的關鍵。常用的基線校正方法有:導數濾波法，曲線擬合法，背景估計法，非對稱最小二乘法，局部回歸法等。但是這些方法都存在著缺點:1.具有一定的局限性，有的不能用於紅外光譜的基線校正；2.需要為算法指定參數，而參數的設定和光譜的特性有關，經常出現選擇的參數並不是最優的；3.運算時間長，需要迭代很多次才能得到結果。綜上所述現有技術中沒有一種對液態物質進行定量分析方法的理想方法。本發明人經過長期的研究和大量實驗，發明了對液態物質光譜進行基線校正的方法，取得了意料之外的結果，該方法具有測試時間短、成本低、測試精度高的理想效果。本發明首次採用對液態物質光譜基線進行校正的定量分析方法，具有實質性的技術進步，是當前液態物質定量分析的準確率最高的方法。

發明內容
本發明的目的是:提供一種定量分析時間短，成本低，液體樣本定量分析精度高的液態物質光譜基線校正定量分析方法。本發明的目的是這樣實現的:一種液態物質光譜基線校正定量分析方法，步驟如下:(I)數據採集:A.選用紅外光譜儀:選用美國美國賽默飛公司，型號:NEX-670x;德國布魯克公司vertex70 ;日本島津公司IRAffinity—I型中的任一種；B.參數設置:波數:4000-650(^1 ;解析度JcnT1 ;重複掃描次數16次；C.測試無樣本時的紅外光譜:用重蒸餾水衝洗附件實驗板上的鍺化鋅晶體；用99.7%乙醇擦拭乾淨；實驗板置於800瓦烘乾燈下；乾燥、冷卻；將試驗板放置到紅外光譜儀測試室，點擊內置有測試軟體的紅外光譜儀的「collect sample」按鈕，檢測無樣本時的紅外光譜；D.測試樣本紅外光譜:用一次性吸管吸取少量樣本，均勻塗抹在鍺化鋅晶體上，將試驗板放置在紅外光譜儀的指定位置，點擊內置有測試軟體的紅外光譜儀的「collectsample」按鈕，進行檢測；儀器軟體將測到的背景噪聲自動減去；E.每個樣本檢測後， 保存數據；F.將試驗板從儀器中取出，重複蒸餾水衝洗-無水乙醇擦拭-烘乾-塗抹樣本-測試步驟；(2)光譜基線校正:A.利用優化約束模型求出線性表示係數；B.利用線性表示係數得到不含基線的光譜，實現對光譜的校正；(3)建立模型:利用偏最小二乘將已知濃度的樣本作為訓練樣本，得定量分析模型；(4)定量分析:將未知濃度樣本送入模型，計算後得到定量分析結果。本發明的要點在於:利用已知濃度的樣本作為訓練集，求取字典；利用優化約束模型求出線性表示係數；利用線性表示係數得到不含基線的光譜，實現對光譜的校正；選取校正後光譜作為定量分析模型的訓練樣本，利用偏最小二乘建立定量分析模型，實現對未知濃度的樣本進行鑑定。上述所述的將已知濃度的樣本作為訓練集需要首先用三次樣條差值求出光滑曲線，定量分析模型實質是一組係數。本發明的實施為以下步驟:1.數據採集階段:包括選用儀器；設置參數:波數:4000-650(3!^1 ;解析度=ScnT1 ；重複掃描次數16次。採集過程分為兩步，第一步測試無樣本時的光譜數據，這是背景噪聲，需要從樣本數據中減去。第二步放置樣本進行測量。
一個樣本檢測完之後，保存數據。將試驗板從儀器中取出，重複蒸餾水衝洗-無水乙醇擦拭-烘乾-塗抹樣本-測試幾個步驟。在不更改實驗參數的條件下，背景噪聲的測量只需要在試驗開始時檢測一次即可。2.光譜基線校正階段，包括以下步驟:( I)選擇光譜信號S。上的極小值點；(2)利用三次樣條差值，將這些極小值點連結為光滑的曲線記為B ；(3)將原始光譜Stl減去光滑的曲線B，得到的曲線記為S ；(4)利用得到的曲線S和B分別訓練字典Ds和Db ；(5)對於觀測光譜Y求解以下優化模型:
權利要求
1.一種液態物質光譜基線校正定量分析方法，步驟如下: (1)數據採集: A.選用紅外光譜儀:選用美國美國賽默飛公司，型號:NEX-670x;德國布魯克公司vertex70 ;日本島津公司IRAffinity—I型中的任一種； B.參數設置:波數:4000-650(31^1;解析度JcnT1 ;重複掃描次數16次； C.測試無樣本時的紅外光譜:用重蒸餾水衝洗附件實驗板上的鍺化鋅晶體；用99.7%乙醇擦拭乾淨；實驗板置於800瓦烘乾燈下；乾燥、冷卻；將試驗板放置到紅外光譜儀測試室，點擊內置有測試軟體的紅外光譜儀的「collect sample」按鈕,檢測無樣本時的紅外光譜； D.測試樣本紅外光譜:用一次性吸管吸取少量樣本，均勻塗抹在鍺化鋅晶體上，將試驗板放置在紅外光譜儀的指定位置，點擊內置有測試軟體的紅外光譜儀的「collectsample」按鈕，進行檢測；儀器軟體將測到的背景噪聲自動減去； E.每個樣本檢測後，保存數據； F.將試驗板從儀器中取出，重複蒸餾水衝洗-無水乙醇擦拭-烘乾-塗抹樣本-測試步驟； (2)光譜基線校正 : A.利用優化約束模型求出線性表示係數； B.利用線性表示係數得到不含基線的光譜，實現對光譜的校正； (3)建立模型:利用偏最小二乘將已知濃度的樣本作為訓練樣本，得定量分析模型； (4)定量分析:將未知濃度樣本送入模型，計算後得到定量分析結果。
全文摘要
本發明屬於化學定量分析方法，一種液態物質光譜基線校正定量分析方法。現有技術存在測試時間長、成本高，測試結果誤差大的缺點。本發明步驟如下(1)數據採集包括選用儀器；設置參數；第一步測試無樣本時的光譜數據；第二步放置樣本進行測量；(2)光譜基線校正利用優化約束模型求出線性表示係數；利用線性表示係數得到不含基線的光譜，實現對光譜的校正；(3)建立模型利用偏最小二乘將已知濃度的樣本作為訓練樣本，得定量分析模型；(4)定量分析將未知濃度樣本送入模型，計算後得到定量分析結果。本發明的優點是液態物質定量分析不需要複雜的樣本預處理；測試成本低；測試速度快，適合在線檢測；定量分析結果準確、可靠。
文檔編號G01N21/25GK103105369SQ201310035089
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者牟懌, 尤新革, 徐端全, 周龍, 曾武, 劉延申, 杜康 申請人:華中科技大學