多元散射校正技术用于近红外定标波长组合的优选研究

在近红外光谱定量分析技术中,多元散射校正(MSC)算法可以有效地剔除由于样品颗粒度、装填密度、湿度等物理因素所导致的散射影响,有效地提高了光谱的信噪比。相关光谱法反映了样品待测成分光谱信息和浓度信息之间的线性相关性,在定标波长优选过程中发挥了重要作用。然而采用单一波长通道一元线性回归计算得到的相关光谱极易受到散射的影响,掩盖了待测成分的特征线性信息,将多元散射校正技术用于相关光谱的信息提取和噪声压制,克服了上述的困难,并通过人参样品的定标实验验证,得到了良好的效果和满意的定标结果。

土壤有机质近红外光谱分析组合波长的优选

以分析85份吉林省北部黑质土壤样品有机质含量为例,研究了利用多元散射校正和相关光谱法对定标波长的优选,并根据经验和参考波长理论对所建立的模型进行逐步优化。最终得到定量模型的相关系数为0 .90 ,定标标准差(RMSEC)为0 .36 %,交叉检验标准差(RMSECV)为0 .40 %,该结果与采用偏最小二乘算法(PLS)对土壤连续谱进行定标的结果相当。结果表明,利用该方法建立的模型简单、稳定,可以为吉林省北部黑土质土壤养分状况普查和便携仪器的研制提供参考。

近红外相关光谱的多元散射校正处理研究

近红外相关光谱法可以揭示待测成分光谱吸光度数据与浓度数据之间的全光谱线性相关性,明确待测成分在近红外波段的特征吸收位置,为定标波长的优选提供了依据。但是该相关光谱法极易受到样品颗粒的散射影响而掩盖与待测成分相关的光谱信息。文章首先提出将原始近红外光谱数据进行散射校正处理后再参与相关运算得到散射校正相关光谱的思想,经过实验验证得到的散射校正相关光谱有效地降低了散射的影响,提高了相关光谱的信噪比,更加准确地表征了待测成分吸光度数据与浓度数据之间在近红外全光谱通道的线性相关性。

近红外漫透射技术检测玉米成分

鉴于我国玉米产量高，收购时急需高效、低成本的玉米成分鉴定技术及仪器。利用短波近红外漫透射测量原理，根据玉米成分的光谱吸收特性，选择波长为8001100nm的近红外发光二极管作为光源，设计二极管阵列光路及测控模块，根据比尔定律，将光谱测量技术与化学计量学相结合，多元散射校正对测得数据进行前处理，偏最小二乘法（PLS）无损检测玉米成分，对其中的水、蛋白质、淀粉和脂肪进行定性定量分析，与国家标准测量方法测得结果进行对比分析，误差均小于O．5％。

基于改进偏最小二乘法的近红外快速分析强化生物除磷污泥胞内PHA

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义.采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(i PLS、si PLS、bi PLS)建立污泥样品近红外光谱与PHA含量的定量分析模型.结果表明,SG-MSC预处理减弱噪声和背景等表面因素对光谱的影响,采用联合区间偏最小二乘法(si PLS)将全光谱等分为30个子区间,联合子区间[13 21 24 29]建立的模型预测效果最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.2018和0.3120,校正集和预测集相关系数分别达到0.9925和0.9391,该光谱区段与PHA分子结构中C—H的伸缩变形、弯曲振动和C=O的伸缩振动密切相关.改进偏最小二乘有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现污泥胞内PHA含量的快速定量分析.

气泡尾流光束衰减测量中的复散射校正

为了分析复散射对气泡尾流衰减测量的影响,采用小角度辐射传输方程,引入了表征复散射效应强弱的校正因子,通过数值求解分析了典型的尾流气泡尺度分布和数密度条件下复散射校正因子与接收视场角、光学厚度、光束大小和接收截面大小等参量之间的关系。结果表明,接收视场角在前向小角度范围内的变化对复散射校正因子的影响很大,而视场角较大时对复散射校正因子的影响基本相同;光学厚度的变化对复散射校正因子的影响显著,且在光学厚度小于1时,影响更明显;接收截面大小的变化在光学厚度小于1时对复散射校正因子的影响很小,但在光学厚度较大时,对复散射校正因子的影响比较明显;光束大小的变化对复散射因子的影响相对较小,且在光束束腰较大时对复散射因子的影响基本不变。该研究为尾流光束衰减测量条件的选择和优化提供了理论依据。

近红外透射光谱法快速测定枳壳提取液中柚皮苷和新橙皮苷含量

目的：采用近红外光谱仪透射光谱技术对枳壳碱性提取液中柚皮苷和新橙皮苷的含量进行检测分析。方法：针对柚皮苷和新橙皮苷两种成分，将44份样品的原始光谱分别经矢量归一化和多元散射校正预处理，选取不同波段：柚皮苷选取3个波段11995．6～7498．2，6101．9～5446．2，4601．5～4246．7cm^-1；新橙皮苷选取11995．6～5446．2，4601．5～4246．7cm^-1两个波段，运用偏最小二乘法（PLS）分别建立定量校正模型并分析。结果：柚皮苷和新橙皮苷校正模型的结果分别为：校正均方差（RMSEC）为0．0247，0．036，模型的决定因子R^2=0．9974，R^2=0．9966，内部交叉验证均方差（RMSECV）为0．07，0．0652，最佳维数均为9。用建立的校正模型对12份提取液样品中的柚皮苷和新橙皮苷进行预测，预测误差均方差（RMSEP）分别为0．0462，0．0827。结论：该方法分析能同时快速检测枳壳提取液中柚皮苷和新橙皮苷的含量，结果准确可靠，对中药提取工艺优化和生产工艺过程的质量控制具有很好的应用前景。

近红外透射光谱法快速测定赤芍提取液中芍药苷含量

目的:采用近红外光谱仪透射光谱技术对赤芍提取过程中芍药苷的含量进行检测分析。方法:将54份样品的原始光谱经多元散射校正(MSC)预处理,选取6 101.9～5 446.2,4 601.5～4 424.1 cm-1波段,并结合偏最小二乘法(PLS)对芍药苷建立定量校正模型并分析。结果:R2=0.998 9,内部交叉验证均方差(RMSECV)为0.025 2,最佳维数为6。用建立的校正模型对13份提取液样品中的芍药苷进行了预测,预测误差均方差(RMSEP)为0.086 1。结论:该方法分析快速、简便,结果准确可靠,对中药提取工艺优化和生产工艺过程的质量控制具有很好的应用前景。

一种估测土壤有机质含量的近红外光谱参数

通过系统分析我国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本的有机质含量与近红外(1000～2500nm)光谱反射率和一阶导数两波段构成的比值、差值及归一化指数之间的关系,构建了适合土壤有机质含量估测的光谱参数及定量反演模型.结果表明:用多元散射校正及Savitzky-Golay平滑方法对原始光谱反射率进行预处理后,其两波段组成的光谱参数与土壤有机质含量的相关性明显优于原始光谱反射率组成的光谱参数,而由上述预处理后的反射率一阶导数的两波段构成的光谱参数介于二者之间;不同类型光谱参数构成形式中,以差值指数的预测性最好,其次为比值和归一化指数;与土壤有机质含量相关程度最高的光谱参数,是以近红外合频区1883和2065nm2个波段的反射率经多元散射校正和Savitzky-Golay平滑后构建而成的差值指数DI(CR1883,CR2065),两者呈极显著的直线相关.经不同类型土壤的观测资料检验,模型的决定系数为0.837,均方根误差为4.06;与偏最小二乘法的全谱建模结果相比,尽管DI(CR1883,CR2065)的预测精度略低于后者,但该指数只使用了2个波段的反射率,且所建模型比较简单,能为便携式监测仪的研制提供更有效的信息,可作为一种良好的土壤有机质估测光谱参数.

基于PLSR-BP复合模型的绿洲土壤pH高光谱反演

以土壤pH、野外实测光谱以及多元散射校正(MSC)预处理后的光谱数据为基础,利用数学方法(主成分回归PCA、偏最小二成回归PLSR、BP神经网络模型)分别建立了土壤pH的预测模型。结果表明:土壤实测光谱和经过MSC方法预处理的光谱数据均与pH存在良好的相关性,并呈极显著水平,后者的相关性更高。PCA和PLSR两种土壤pH估测模型均具有良好的预测能力。BP神经网络模型则因输入变量多,预测精度较低。但利用PCA和PLSR模型所获得主成分,作为BP神经网络的输入变量所建立的复合模型,可明显提高模型稳定性和预测能力。

瑶药“老班药”特殊分类的化学模式识别方法研究

目的运用近红外漫反射技术结合主成分-马氏距离判别分析方法,对瑶药"老班药"的传统分类进行科学表征。方法采集二十种瑶药"老班药"的近红外漫反射光谱,经预处理后,通过主成分分析-马氏距离判别分析方法构建瑶药"老班药"模式识别模型。结果所得模型对二十种瑶药"老班药"四种类别"虎、牛、钻、风"的正确识别率达到90%以上,表明该模型具有较好的预测分类能力。结论运用简便、快速、无损的近红外漫反射技术结合主成分分析-马氏距离判别分析方法,对瑶药"老班药"的传统分类进行了科学表征,结果表明瑶药"老班药"-"虎、牛、钻、风"的特殊分类有比较可靠的物质基础。近红外光谱漫反射技术结合马氏距离判别分析是一种适用于瑶药"老班药"特殊分类研究的可靠的模式识别方法。