1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
石油类混合油液的组分检测是三维荧光光谱领域重要的研究内容, 由于实际获得的混合油液三维荧光光谱数据存在不同组分光谱重叠严重、 数据三线性较差等问题, 通过平行因子算法解析时, 会出现解析谱与标准谱差异过大或者不能正确判断油种的情况。 在验证三维荧光偏导数光谱应用平行因子算法具有可行性的基础上, 将三维荧光偏导数光谱与平行因子算法结合, 能够提高平行因子算法得到的混合油解析谱与标准谱的拟合程度, 实现石油类混合油液组分的准确检测。 首先, 以十二烷基硫酸钠(SDS)溶液作为溶剂, 配制航空煤油、 润滑油不同浓度的纯油溶液各15份, 将航空煤油、 润滑油按照不同浓度比配制9份混合油溶液; 并利用FS920荧光光谱仪得到39份三维荧光光谱数据。 然后, 对三维荧光光谱数据进行预处理: 通过扣除空白法去除拉曼散射, 并将瑞利散射区域扣除, 再利用分段三次hermite插值方法对扣除区域进行插值; 利用小波变换阈值去噪法去除光谱数据中的高频噪声, 得到预处理完成后的三维荧光光谱数据。 最后, 利用Savitzky-Golay拟合求导方法求三维荧光光谱的一阶偏导数光谱, 并利用平行因子算法对三维荧光光谱和三维荧光偏导数光谱进行解析。 将解析谱与纯油标准谱进行比较, 实验结果表明: 利用平行因子算法对混合油液的三维荧光光谱进行解析时, 得到的润滑油解析结果较好, 但航空煤油的解析结果存在较大问题。 而三维荧光偏导数光谱经平行因子算法解析后, 在保证润滑油解析结果的同时, 显著提高了航空煤油的解析结果: 航空煤油解析谱与标准谱之间的相关系数提升了12.0%(发射光谱)、 6.7%(激发光谱), 均方根误差减少了70.4%(发射光谱)、 20.6%(激发光谱)。 在三维荧光光谱数据三线性较差的情况下, 三维荧光偏导数光谱结合平行因子分析方法优于三维荧光光谱结合平行因子分析方法, 实现了对混合油液组分准确检测的目的。
三维荧光光谱 油种检测 偏导数光谱 平行因子算法 Three-dimensional fluorescence spectroscopy Mixed oil detection Partial derivative spectroscopy Parallel factor algorithm 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3506
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室，中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 安徽大学，安徽 合肥 230601
针对水体藻类群落离散三维荧光光谱的识别，以5种常见门类藻种(铜绿微囊藻、斜生栅藻、菱形藻、楯形多甲藻和隐藻)为对象，研究了基于自加权交替三线性分解(SWTATLD)算法的藻类离散三维荧光光谱识别方法，并将识别结果与平行因子(PARAFAC)算法的解析结果进行了对比分析。结果表明：PARAFAC算法解析得到的铜绿微囊藻的平均回收率为92.73%±13.99%，斜生栅藻的平均回收率为105.51%±11.58%，菱形藻的平均回收率为89.25%±13.68%，楯形多甲藻的平均回收率为109.48%±13.47%，隐藻的平均回收率为88.76%±13.60%；SWTATLD算法解析得到的铜绿微囊藻的平均回收率为96.70%±3.94%，斜生栅藻的平均回收率为98.07%±4.48%，菱形藻的平均回收率为101.71%±3.97%，楯形多甲藻的平均回收率为97.26%±4.11%，隐藻的平均回收率为103.57%±4.34%；相比于PARAFAC算法，SWTATLD算法的解析结果更接近于真实浓度且偏差更小。研究结果为水体浮游藻类群落的有效识别及定量分析提供了一种良好的方法。
光谱学 光谱识别 平行因子算法 自加权交替三线性分解算法 浮游藻类群落 离散三维荧光光谱 光学学报
2021, 41(14): 1430001
具有几十余种化学成分的丹参粉是典型的多组分物质,应用传统二维荧光光谱难以对其作定量分析。为了研究多组分共存的丹参粉水溶液的荧光特征,利用三维同步荧光光谱法结合平行因子分析法(PARAFAC)、分半信度法(split half method)、残差平方和(sum of squared error),解析光谱重叠严重的丹参粉水溶液荧光光谱。经上述方法分析确定丹参粉水溶液的平行因子模型组分数为4,其相应组分荧光特征为:第1组分荧光特征λEx=470~480 nm,λEm=520~530 nm;第2组分荧光特征λEx=400~410 nm,λEm=490~500 nm;第3组分荧光特征λEx=370~380 nm,λEm=460~470 nm;第4组分荧光特征λEx=560~570 nm,λEm=620~630 nm。其中第2组分的荧光特征可能是丹酚酸B的荧光特征。实验结果表明,在多组分共存且有较多干扰物质时,三维同步荧光结合平行因子算法可以简化光谱分析,较好地表征丹参的整体荧光特性。本研究为多组分共存的中药材分析提供了建议与帮助。
光谱学 荧光光谱 三维同步 平行因子算法 丹参 光谱分析 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0430001
