偏最小二乘法在激光诱导击穿光谱定量分析中的应用研究

介绍了激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术、主元分析(principal component an alysis,PCA)法和偏最小二乘(partial least squares,PLS)法的基本原理。对Pb元素特征谱线附近的36个维度进行主成分信息提取,对36维波长数据压缩到2维后,采用每个样品的20个脉冲的主元分数进行偏最小二乘拟合,对数据进行平均处理后,拟合结果质量较高,拟合系数平方的值从0.49810提高到0.97000;残差平方和从0.72529下降到1.36366*10^(-4)。PCA法可以有效的缩减具有一定相关性的样本数据空间,对于数据维度较大的数据处理能显著提升效率,再结合PLS法拟合压缩后的主元,实验结论得出PLS适合用于LIBS定量分析。

基于双脉冲LIBS结合偏最小二乘回归的稀土元素定量分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种以激光为激发源的等离子体发射光谱分析技术,已有将其用于稀土元素的定量分析研究,但由于稀土矿基体差异大、元素含量低,定量分析灵敏度和准确度仍有待提高。通过使用单激光分束构造双脉冲LIBS系统,并结合偏最小二乘回归(PLSR)算法实现对稀土矿石样品中的稀土元素La、Dy、Yb和Y的定量分析。结果表明,双脉冲LIBS结合PLSR可建立更加稳定的定标模型,与常规基本定标法相比,La、Dy、Yb和Y元素的相对均方根预测误差(RMSEP)从0.0061%、0.0037%、0.0045%、0.0280%降低至0.0044%、0.0016%、0.0029%、0.0134%,平均相对预测误差(AREP)从10.88%、15.27%、6.42%、17.20%降低至6.67%、3.62%、4.10%、7.98%。因此,双脉冲LIBS结合PLSR方法可以有效地提高LIBS对稀土矿石中稀土元素的定量分析能力。

基于多组分定量联合主成分分析正交偏最小二乘法-判别分析及熵权优劣解距离法的抗菌消炎胶囊质量差异性评价

目的建立主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘法-判别分析(OPLS-DA)及熵权优劣解距离法(EW-TOPSIS)评价抗菌消炎胶囊的多组分质量差异。方法采用高效液相色谱法(HPLC)同时测定15批抗菌消炎胶囊中獐牙菜苦苷、獐牙菜苷、绿原酸、3,5-二-O-咖啡酰奎宁酸、知母皂苷BⅡ、知母皂苷AⅢ、原百部碱、对叶百部碱、黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素的含量,借助PCA、OPLS-DA及EW-TOPSIS模型对15批消炎胶囊样品进行质量差异分析,筛选出导致差异的特征成分,并进行质量排序。结果12种成分在各自范围内呈现良好的线性关系(r>0.999),平均加样回收率(n=9)96.90%~100.23%(RSD<2.0%)。化学计量学筛选出2个主成分,方差贡献率累计达95.172%;OPLS-DA发掘出黄芩苷、绿原酸、知母皂苷BⅡ和对叶百部碱对抗菌消炎胶囊质量有显著影响;EW-TOPSIS分析结果显示Ci值0.0827~0.8495,15批样品质量差异较大。结论所建立的方法可用于抗菌消炎胶囊质量的综合评价。

基于偏最小二乘回归法分析陈醋理化指标和品质

以南阳市大型商超市售的3种陈醋为研究对象,参考国家标准检测方法对陈醋的总酸含量、不挥发性酸含量及pH值进行对比分析;以近红外光谱技术结合偏最小二乘回归定量分析法,确定最佳进光光程、最优流量及最佳预处理方式,并在此条件下对3种陈醋进行判别分析,从而确定基于偏最小二乘回归法分析陈醋理化指标的方法。结果显示,3种陈醋样品均符合国家标准规定的陈醋pH值(pH 3.6~3.9),3种陈醋样品的pH值分别为3.71±0.02,3.65±0.01和3.82±0.01;3种陈醋样品中总酸和不挥发性酸含量略有不同,分别在(0.567±0.011)~(0.593±0.02)g/L和(0.148±0.012)~(0.215±0.018)g/L。在进行近红外光谱检测中,在最佳光程选择上,去掉异常样品后pH值检测和不挥发性酸检测的最佳光程为3 mm,总酸检测的最佳光程为2 mm;在陈醋流量选择上,pH值检测和总酸检测应控制流量为0.2 L/min,不挥发酸检测应控制流量为0.6 L/min;在光谱预处理条件选择上,pH值检测和不挥发性酸检测应选择SNV预处理方式,而总酸检测应选择5点平滑预处理。结果表明,利用近红外光谱结合偏最小二乘回归法可以进行陈醋理化性质的检测,其检测效果良好、检测效率高。

基于偏最小二乘法铝液保温炉热工特性与回归分析

为了实现低能耗、低污染和高质量节能减排目标,以某厂50 t倾动式铝液保温炉为原型,结合铝液保温炉的运行特征,耦合用户自定义热负荷波动变化及铝液温度控制模型,建立并实现了铝液保温炉运行过程的解析模型,对铝液保温炉特性要因进行热工特性分析和基于偏最小二乘法多元回归分析。结果表明,铝液温度均匀性系数主要受氧化剂类型和熔池深度的影响。氧化剂为空气时,铝液温度均匀性系数较高;增加空气预热温度和提高天然气流速时,铝液温度均匀性系数在加热和保温阶段减小,而在静置阶段增加;随着空燃比的增加,铝液温度均匀性系数在加热和保温阶段增加,而在静置阶段减小;铝液温度均匀性系数随燃烧器倾角和熔池深度增加而增加。

多元线性回归分析中慎用偏最小二乘法

文章剖析了"偏最小二乘回归模型"的原理,指出了它的局限性以及使用的必要条件。并通过"成分数据线性回归建模"的应用实例说明有时利用偏最小二乘法建模效果并不好。

基于区间选择偏最小二乘法回归分析的煎炸老油鉴别模型

煎炸老油属于地沟油之一,长时间食用会对身体健康造成严重危害。本文首先对食用金龙鱼菜籽油过度煎炸10次,分别提取光谱信息中特征吸收峰(323、391、443nm)处的光谱吸收值。然后建立区间选择偏最小二乘法模型,提取最佳区间为5,最佳因子为7的波长区间,验证区间预测相关系数达到0.998。最后建立PLS回归方程Y1,Y2,Y3,通过交叉有效性验证Q22=-0.3461<0.0975。提取成分t1、t2。分别得到回归方程的实际值与预测值相关系数为:323nm处,r=0.8478;391nm处,r=0.9754;443nm处,r=0.9285。

火药水分检测的偏最小二乘法回归分析与建模

针对扁球状火药颗粒1%～3%的含水量和0.1%的检测精度要求,采用变介质电容式传感器和自平衡交流电桥测量电路,研制了电容式火药水分检测系统。在分析影响含水量的温度、湿度、重量和电压幅值等因素的基础上,建立了偏最小二乘法多参数多元线性回归模型。经实验验证,该模型下的水分检测系统测量最大误差为0.12%,且最大误差出现在含水量为0.3%～1%之间,在含水量1%～3%之间误差均小于0.087%,满足0.1%的测量精度要求。

基于偏最小二乘法实现非线性回归分析

从应用的角度,提出了一种基于偏最小二乘回归和多项式回归相结合的多元非线性回归分析方法。通过理论分析及实例验证,指出该方法可以较好的进行多元非线性回归分析,具有较强的适用性。

近红外光谱结合改进偏最小二乘法快速分析餐厨垃圾堆肥产物中腐殖酸含量

为快速检测餐厨垃圾堆肥样品腐殖酸含量,提出了基于近红外光谱分析技术测定腐殖酸含量的快速检测方法。利用近红外光谱仪采集堆肥样品的漫反射光谱,通过容量法测定腐殖酸含量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、滑动平均平滑(MA)、标准正态变量变换(SNV)、SNV+一阶导数(FD)+MA、SNV+二阶导数(SD)+MA、SNV+FD+SG和SNV+SD+SG等方法对原始光谱进行预处理,结合区间偏最小二乘法(iPLS)、反向区间偏最小二乘法(biPLS)和联合区间偏最小二乘法(siPLS),优选光谱特征波段,建立腐殖酸含量分析模型。结果表明,采用SNV+FD+SG预处理结合siPLS提取的光谱特征波段(4389~4775、7583~7976 cm^(-1)),建立的siPLS模型预测效果最佳,建模集的交互验证均方根误差(RMSECV)和校正相关系数(Rc)分别为0.4231、0.9678,验证集的预测均方根误差(RMSEP)和预测相关系数(Rp)分别为0.5732、0.9324。利用近红外光谱结合siPLS可准确快速检测餐厨垃圾堆肥样品腐殖酸含量,为快速检测和表征有机废弃物堆肥样品腐殖酸含量提供改进参考。

基于偏最小二乘法的手机贴膜红外光谱特征分析

为了建立一种快速无损的手机贴膜检验的分析方法,采用傅立叶变换红外光谱仪对65个手机贴膜样品进行检验。对原始数据进行标准化处理,然后计算二阶导数,最后结合偏最小二乘法降低二阶求导数据的维度。使用聚类分析对样本进行分类,并使用人工神经网络进行分析和预测。结果显示,65个手机贴膜在人工神经网络的训练集和测试集中的正确率均达到97.9%。该方法方便快捷,对样品无损且用量少,为手机贴膜的分类提供有力的支持。

偏最小二乘法回归模型在分析毛涤混纺面料纤维含量中的应用

以毛涤混纺面料为研究对象,利用近红外光谱法,结合相应的化学计量学方法建立不同的数学预测模型,进行毛涤混纺面料中纤维含量的分析研究。实验对比分析了主成分回归模型、多元线性回归模型、偏最小二乘回归分析模型的模拟结果。其中,偏最小二乘法回归分析模型得出毛纤维含量的校正集标准差(SEC)为0.000 7,校正集预测值与真实值相关系数(RC)为0.992 23,涤纤维含量的SEC为0.001 6、RC为0.991 61,为最优分析结果。研究结果为数学模型在混纺面料成分定量分析中的应用提供了有力的依据。

基于差示光谱及指纹图谱结合偏最小二乘回归分析法研究决明子提取物的平衡溶解度

目的:确定决明子提取物的最佳溶出介质,分析决明子提取物中主要成分在最佳溶出介质中对平衡溶解度的贡献程度,明确决明子提取物平衡溶解度的标志物。方法:以总蒽醌含量为指标,采用差示分光光度法测定决明子提取物在37℃时于水、0.1 moL/L盐酸和pH 6.8磷酸盐缓冲液中不同时间点的平衡浓度,确定最佳溶出介质。以决明子提取物总蒽醌指纹图谱为参照,采用HPLC法建立决明子提取物在最佳溶出介质中不同平衡时间点平衡浓度的指纹图谱,筛选决明子提取物平衡溶解度的标志物。结果:决明子提取物在37℃时于水、0.1 moL/L盐酸和pH 6.8磷酸盐缓冲液中平衡溶解度分别为10.344、10.910、11.099μg/mL,达到平衡时间点的时间分别为24 h、3 h和7 h。在最佳溶出介质中,VIP值>1的化学成分有22个,其中VIP值分别为1.13987、1.15565、1.12806、1.14825、1.14880的化学成分分别为已知成分橙黄决明素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚。结论:pH 6.8磷酸盐缓冲液为决明子提取物的最佳溶出介质,可以橙黄决明素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚为溶解度标志物考察决明子提取物的平衡溶解度。

正交偏最小二乘法探析大承气汤治疗急性胰腺炎多成分多药效关系

目的/意义分析大承气汤治疗急性胰腺炎实验数据,证实多成分多药效关系。方法/过程运用正交偏最小二乘法,分别探析配伍药味、煎煮液的药物成分、血液的药物成分与药效指标的关系。结果/结论配伍药味与药效指标之间、煎煮液的药物成分与药效指标之间、血液的药物成分与药效指标之间均存在一对多、多对一、多对多的作用关系。实验分析结果表明大承气汤治疗急性胰腺炎呈现多成分多药效的特点。

偏最小二乘法和近红外光谱技术快速测定发酵黄芪茎叶中黄酮含量及抗氧化活性

试验测定发酵前、后黄芪茎叶黄酮含量和抗氧化活性,并应用近红外光谱技术(NIR)结合化学计量学法快速预测发酵黄芪茎叶黄酮含量,为定量检测发酵黄芪茎叶黄酮含量提供理论依据以及为黄芪茎叶深加工利用提供技术支持。试验采用硝酸铝-亚硝酸钠比色法测定发酵黄芪茎叶黄酮的含量,测定黄酮对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力和羟基自由基的清除能力,利用偏最小二乘方法构建发酵黄芪茎叶黄酮的快速预测模型。结果表明,发酵黄芪茎叶黄酮抗氧化能力强于发酵前,构建快速预测模型采用了二阶导数(SD)+正态变量变换(SNV)+去趋势算法(Detred)的方法对全谱图进行预处理的效果较好,优化后的模型决定系数(R^(2))、校正均方根误差(RMSEC)、校准标准差(SEC)分别为0.92、0.24、0.24,其相对分析误差(PRD)为3.46,外部验证R2为0.88。研究表明,构建的NIR模型校正和交互验证决定系数均较大,PRD均大于2,说明模型预测性能较好,建立的模型有助于检测发酵黄芪茎叶黄酮含量活性成分。

近红外光谱结合偏最小二乘回归法快速无损测定高密度聚乙烯的熔体流动速率

选择使用多元散射校正(MSC)、一阶导数(D 1)、二阶导数(D 2)、卷积平滑(Savitzky-Golay)等方式对3个牌号高密度聚乙烯(HDPE)粉料样本的近红外光谱进行预处理,使其经预处理后的近红外光谱与相应牌号熔体流动速率(MFR)之间的关联性良好;然后,采用偏最小二乘回归法拟合,建立相应匹配HDPE牌号的MFR定量分析模型,旨在实现快速无损检测。结果表明:上述近红外光谱结合偏最小二乘回归法所建立的匹配于相应3种HDPE粉料的MFR定量分析模型的测试结果均具有很好的复现性,牌号1、牌号2、牌号3的MFR标准偏差依次为0.0158,0.0147,0.0006 g/min,而且该方法快速测定得到的MFR与GB/T 3682.2—2018标准方法测定的均相近。

基于偏最小二乘回归分析的中长期电力负荷预测

针对中长期电力负荷预测,介绍偏最小二乘回归分析方法的原理,推导该算法的简化建模步骤。该方法能在最大限度保留原有数据信息的前提下,将数据信息集中在几个互不相关的主成分上,因而能有效解决建立负荷预测模型时由于样本个数较少及自变量存在严重的多重相关性,难以通过多元回归分析建立预测模型的问题。通过算例对偏最小二乘回归分析方法、最小二乘法和逐步回归分析方法进行了比较,结果表明,将偏最小二乘回归分析方法用于中长期电力负荷预测时,计算快捷,准确性高,具有较强的实用性。

应用波段深度分析和偏最小二乘回归的冬小麦生物量高光谱估算

当作物生物量较大时,现有植被指数由于受饱和问题限制,不能较好的估算作物生物量。针对此问题,尝试将波段深度分析与偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)结合,提高对大田冬小麦生物量的估算精度,并将两者结合建立的模型与应用代表性植被指数建立的模型进行生物量估算精度比较。波段深度分析主要对冬小麦冠层光谱550～750nm范围进行,采用波段深度、波段深度比(band depth ratio,BDR)、归一化波段深度指数和归一化面积波段深度对波段深度信息进行表征。在建立的模型中,波段深度分析和PLSR结合的估算精度比应用植被指数模型的精度高,其中BDR与PLSR结合的估算精度最高(R2=0.792,RMSE=0.164kg.m-2)。研究结果表明波段深度分析与PLSR结合能较好的克服生物量较大时存在的饱和问题,提高冬小麦生物量的估算精度。

主成分回归和偏最小二乘法在高炉冶炼中的应用

以邯郸钢铁公司2000 m3高炉采集的数据为样本,采用主成分回归(PCR)方法研究了各运行参数对高炉铁水含硅量的贡献,实现了高维复杂数据的降维.考虑到偏最小二乘法(PLS)在处理多重共线性数据中的优势,利用PLS对高炉铁水含硅量进行预测.结果表明,主成分回归和偏最小二乘法在对高炉冶炼过程中产生的大量数据的处理具有其独到的优势,取得了显著的效果.

羊肉嫩度傅里叶变换近红外光谱偏最小二乘法定量分析研究

以从内蒙、宁夏、甘肃、新疆4个肉羊产区筛选的有代表性的98份羊肉样品为试材,应用傅里叶变换近红外光谱技术探讨了羊肉嫩度无损检测的方法。以模型决定系数(r2)、校正标准差(RMSECV)和预测标准差(RMSEP)为模型精度评价指标,采用偏最小二乘法(PLS)对近红外光谱信息与样品的质构仪剪切力值进行了拟合,确定了最佳的光谱预处理方法、主成分数和波段范围。结果表明:所选98个羊肉样品的剪切力值分布范围为1.673～6.631 kg,其中75%以上的样品剪切力值在2～5 kg,基本覆盖了我国现有的肉羊嫩度值分布;在11 995～5 446 cm-1和4 601～4 246 cm-1的波段范围内,最佳主成分数为10,光谱经矢量归一法处理后,建立的羊肉嫩度模型精度最高,r2达到86.2%,RMSECV为0.445;用此模型对预测集29个样品进行预测,预测值与实测值的相关系数r达到0.87,预测平均偏差为0.385,RMSEP为0.524。