江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122
利用拉曼光谱进行混合物组分定量分析一直是分析化学领域的一大难题。 针对现有的基于机器学习(如支持向量回归机、 偏最小二乘)的混合物定量分析方法存在的训练样本难以获得、 模型推广性能差的问题, 提出了一种基于拉曼光谱谱峰强度最小二乘拟合的已知混合物组分直接定量分析方法。 该方法首先采集已知混合物及其各组分的拉曼光谱, 利用连续小波变换和惩罚最小二乘法相结合的方法对采集的拉曼光谱进行去噪、 基线校正等预处理。 通过斜率比较法将预处理后的拉曼光谱分为多个光谱子区间, 将各子区间的拉曼光谱看作是多个Voigt函数的线性叠加, 并利用levenberg-marquardt-fletcher(LMF)算法求解获得各谱峰的位置、 强度、 半高宽等表达系数。 根据各组分参考光谱的谱峰位置, 确定各组分对混合物光谱中每个谱峰的贡献度。 依据朗伯-比尔定律中拉曼光谱的谱峰峰强与其所对应的浓度的正比关系, 建立超定方程; 最后利用最小二乘法拟合该超定方程得到各组分对应的系数, 从而获得各组分的体积浓度。 利用乙醇、 乙腈、 丙酮、 环己烷、 二丙酮醇、 丙二酸二乙酯六种组分配置了10种三元混合物(每种三元混合物9个体积浓度比), 采集了90组混合物及6种组分的拉曼光谱数据。 在混合物及其组分参考光谱测量条件(功率和积分时间)相同情况下, 所有组分的相关系数(r)均在0.96以上, 均方根误差(RMSE)小于6%, 剩余预测偏差(RPD)均大于2.5; 在混合物及其组分参考光谱在不同测量条件下, 各组分的r均大于0.93, 最大RMSE为7.94%, RPD均大于2.0, 证明了算法具有良好的准确性和鲁棒性。 所提出的方法能够实现对三组分混合物的快速、 准确的直接定量分析, 为混合物的定量分析提供了一种有效的途径。
拉曼光谱 混合物组分 定量分析 拉曼谱峰强度 Voigt函数 Raman spectroscopy Mixture component Quantitative analysis Intensity of Raman spectral peak Voigt function 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3599
1 江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122
2 北京卓立汉光仪器有限公司, 北京 101102
构建已知纯净物光谱数据库,计算待识别混合物光谱与数据库中各纯净物光谱的相似度,是利用拉曼光谱技术进行混合物成分分析的常用策略。受测量仪器性能及待测混合物所含成分相互干扰的影响,待识别混合物中所含物质成分的光谱与数据库中对应的纯净物光谱相比会有不同程度的失真,从而给基于纯净物光谱数据库的组分鉴别带来极大困难。针对这一问题,提出了一种使用已知混合物光谱数据来改善混合物成分识别精度的方法。首先利用纯净物拉曼光谱谱峰的位移和半峰全宽信息,将已知混合物的光谱谱峰与其所含有的具体物质对应;然后基于谱峰拉曼位移、半峰全宽和谱峰强度分别构建纯净物、已知混合物和待识别混合物的特征参数,并利用模糊隶属度函数计算待识别混合物光谱与纯净物光谱、已知混合物所含物质光谱的相似度;最终根据光谱相似度确定待识别混合物中含有的疑似组分。基于204种纯净物和8种已知混合物光谱数据库,对81种混合物进行了识别,结果表明:所提方法可降低由光谱失真导致的相似度计算误差,提高识别准确率;相比于纯净物数据库搜索策略,本文方法的识别精度由76.34%提高到了92.83%。
光谱学 拉曼光谱 混合物成分识别 相似度计算 已知混合物 模糊隶属度函数 中国激光
2020, 47(11): 1111001
1 中国人民公安大学,北京 100038
2 北京卓立汉光有限公司,北京 101102
为实现现场残留手帕纸塑料包装袋的检验区分,利用拉曼光谱法对35个不同品牌、不同系列、不同颜色的样本进行检验,依据拉曼光谱的差异,基于欧氏距离结合K均值聚类法,可将手帕纸塑料包装袋样本加以区分,同时考察了该法的重现性及分类可靠性。该检测分类方法不破坏检材,重现性好,分类客观性强,容错率高。为后续快速检验区分现场提取到的污染易损残片提供了理论依据。
拉曼光谱法 K均值聚类法 手帕纸塑料包装袋 Raman spectroscopy K-means clustering Plastic Handkerchief Paper Packaging Bag
山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
通过铯原子D1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6 nm 外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400 s 内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400 s 内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。
铯原子D1线 偏振光谱 稳频 cesium D1 line polarization spectroscopy frequency stabilization
