作者单位
摘要
青岛科技大学自动化与电子工程学院, 山东 青岛 266061
针对衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪用于测量结晶过程溶液浓度时, 因光谱谱线维度高、 无关变量多, 导致的标定模型预测精度低、 可解释性差等问题, 提出了一种变量稳定加权混合收缩的新方法。 首先提出对光谱变量进行随机二进采样, 将建立的优秀子模型中变量被选频率与所有子模型中变量回归系数的稳定性指标进行加权评价的稳定加权变量种群分析法(SWVCPA)。 通过对变量的重要性进行排序, 采用指数递减函数在迭代过程中逐渐强制滤除重要性低的变量, 实现了对光谱变量空间的初步收缩, 并大幅提高了收缩的稳定性。 然后在收缩后的子空间继续使用一种新的动态麻雀算法(DSSA), 以最小化训练预测均方根误差(RMSEC)为适应度函数进一步优化变量组合。 这种混合优化方式融合了两类变量选择算法的优点, 通过子模型竞争的方法确保了前期变量收缩的稳定性, 防止算法陷入局部最优; 通过智能优化算法避免了对剩余变量组合的遍历寻优, 允许保留更多的变量进行精准选择。 为了验证新方法的性能, 使用L-谷氨酸溶液冷却结晶过程中6种不同浓度下采集到的ATR-FTIR光谱数据进行测试。 结果表明, 新方法将光谱变量数从613个减少到46个, 与原始光谱相比, 使用选择后变量建立的偏最小二乘法(PLSR)模型其预测均方根误差(RMSEP)为从1.727 9降低到0.165 4, 预测决定系数(R2)从0.973 7提高到0.999 7。 另外相比于特征谱段、 遗传算法(GA)以及变量种群组合分析法(VCPA)选择变量建立的模型, 使用新方法建立的溶液浓度预测模型具有更高的准确性和稳定性, 说明该方法对提高使用ATR-FTIR光谱法测量冷却结晶过程溶液浓度准确性和可靠性具有一定的实际应用价值。
变量选择 溶液浓度测量 结晶 ATR-FTIR光谱 智能优化算法 Variable Selection Solution concentration monitoring Crystallization ATR-FTIR spectra Intelligent optimization algorithm 
光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1413
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学中心, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术探讨了气溶胶颗粒物中SO2-4, NO-3, NH+4三种水溶性无机离子的快速无损测量方法。 利用IC法测量三种无机离子含量的对照值, 结合偏最小二乘(PLS)法建立了三种无机离子的定量分析模型, 并对模型进行了评价; 利用马氏距离判别法对异常值进行了判别与剔除, 并探讨了不同光谱预处理方法和不同光谱范围对建模结果的影响, 确定了最佳建模参数。 结果表明剔除异常值之后经二阶微分处理的模型预测性能较好, SO2-4在1 220~900 cm-1光谱范围内预测性能较好, NO-3在1 521~900 cm-1光谱范围内预测性能较好, NH+4在1 521~1 220 cm-1光谱范围内预测性能较好, 预测均方根误差分别为1.736 7, 1.023 9和1.482 3。 所建立的模型为实现对大批量气溶胶样品中三种无机离子的实时快速定量分析建立了基础。
气溶胶 水溶性无机离子 ATR-FTIR光谱技术 偏最小二乘法 Aerosol Water-soluble inorganic ions ATR-FTIR spectroscopy Partial least squares 
光谱学与光谱分析
2015, 35(12): 3364

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