【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱分析
,特别涉及一种用表面增强拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析的方法,具体说是基于表面增强拉曼散射效应测定痕量化学物质的拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析,并改进主成分分析这种定性鉴别方法,是采用杠杆定律和三角形内平行线读数法,实现混合物成分的半定量分析。
技术介绍
拉曼光谱能够反映分子的结构信息,从而鉴别化学物质的种类。但极少量分子的拉曼散射光强度很弱,难以被探测到。利用表面增强拉曼散射(SERS)效应,化学物质的拉曼信号会大大增强,从而实现快速、准确的痕量检测。表面增强拉曼散射效应指的是在金、银等物质的纳米结构表面,由于入射光的激发而产生局域表面等离子体共振,使得散射光增强几个数量级。在SERS基底上,局域电场最强的位置称为“热点”,要提高基底的灵敏度,应当尽量增加“热点”数量,并且令待测分子易于吸附在“热点”处;常见的SERS基底大体分为两类,一类是纳米粒子悬浮液,一类是全固态的基底,例如硅基片上生长的纳米棒、纳米颗粒,或银电极腐蚀得到的纳米结构等。全固态的SERS基底往往能够吸附更多分子,散射信号增强效果更明显;此外,物理方法制备的SERS基底表面通常更加粗糙,“热点”数量远多于化学方法制备的金、银纳米粒子,因此,本项专利技术采用完全由物理方法制备的全固态SERS基底,在二氧化硅纳米棒阵列上修饰金纳米粒子。其中二氧化硅纳米棒以电子束蒸镀法生长于硅片上,表面十分粗糙,能够附 ...
【技术保护点】
一种用表面增强拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析的方法,其特征在于,包括以下几个步骤:(1)使用表面增强拉曼散射基底检测三种化学物质低浓度溶液的拉曼光谱,进行建模;(2)对三种化学物质的SERS谱线进行主成分分析,建立模型,画出得分图;(3)检测含有模型中两种或三种物质的混合溶液的SERS谱线,代入PCA模型中计算出相应于主成分1和主成分2的得分值;(4)观察混合溶液SERS谱线所对应的数据点位置,若在两种物质数据点的连线上,则该混合溶液含有这两种组分;若在三种物质数据点所确定的三角形内,则该混合溶液含有全部三种组分;(5)对于两种化学物质的混合物,其SERS谱线在PCA得分图中对应的数据点位置大体在两种组分的数据点连线上;根据杠杆定律,混合物中两种物质的含量比例与其数据点到这两种组分数据点的距离成反比;(6)对于三种化学物质的混合物,其SERS谱线在PCA得分图中对应的数据点位置在三种组分的数据点所围成的三角形内,根据三角形内平行线读数法计算出该混合物中三种物质的相对含量。
【技术特征摘要】
1.一种用表面增强拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析的方法,其特征在
于,包括以下几个步骤:
(1)使用表面增强拉曼散射基底检测三种化学物质低浓度溶液的拉曼光谱,
进行建模;
(2)对三种化学物质的SERS谱线进行主成分分析,建立模型,画出得分
图;
(3)检测含有模型中两种或三种物质的混合溶液的SERS谱线,代入PCA
模型中计算出相应于主成分1和主成分2的得分值;
(4)观察混合溶液SERS谱线所对应的数据点位置,若在两种物质数据点
的连线上,则该混合溶液含有这两种组分;若在三种物质数据点所确定的三角形
内,则该混合溶液含有全部三种组分;
(5)对于两种化学物质的混合物,其SERS谱线在PCA得分图中对应的数
据点位置大体在两种组分的数据点连线上;根据杠杆定律,混合物中两种物质的
含量比例与其数据点到这两种组分数据点的距离成反比;
(6)对于三种化学物质的混合物,其SERS谱线在PCA得分图中对应的数
据点位置在三种组分的数据点所围成的三角形内,根据三角形内平行线读数法计
算出该混合物中三种物质的相对含量。
2.根据权利要求1所述用表面增强拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析的
方法,其特征在于,所述步骤(1)的方法是以溶液浸泡SERS基底,或将溶液滴
加在SERS基底上,使待测分子吸附在SERS活性物质表面,测其拉曼光谱;为消
除测量误差的影响,要在样品上的不同位置重复测定;然后将这几种组分的各数
\t条拉曼光谱分为训练集和验证集,分类方法为Kennard-Stone算法,这种算法的
过程是首先将距离最大的两个样本选入训练集,再依据将待筛选样本与已选入训
练集的样本之间的最小空间距离最大化的原则依次选择训练样本,从而使得训练
集能够充分代表这些光谱的特征;而验证集的光谱随后会被代入建好的模型中,
计算检验模型的准确性。
3.根据权利要求2所述用表面增强拉曼光谱对痕量混合物进行半定量分析的
方法,其特征在于,所述对训练集的光谱进行以下预处理:
1)扣背底,采用自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法扣除光谱背底,控制
参数少,运算速度快;
2)平滑,采用快速傅里叶变换方法对光谱进行平滑处理,去掉高频噪声;
3)微分处理,对光谱数据做一阶微分处理,提高光谱分辨率;
4)中心化,通过均值中心化处理将变量转换为其与平均值间的差值,有利
于观察不同组样本间的差异及进行聚类分析。
4.根据权利要求1所述...
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