一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法技术

本发明专利技术提供了一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，包括如下步骤：获取危险液体纯净物标准品数据库；采集测试样品的拉曼光谱数据并进行数据处理获得拉曼特征峰；测试样品与数据库中纯净物标准品的正反向特征峰匹配；通过拉曼特征峰反向匹配系数筛选确定测试样品的混合物成分；建立混合物的拉曼光谱映射矩阵并进行矩阵与方程逆求解计算，获得危险液体混合物测试样品所含各物质成分的混合比例，最终实现混合物定性定量分析。本方法基于拉曼散射效应理论与拉曼谱图信号数据分析，构建从混合物物质成分到混合物拉曼光谱的映射数理模型，提供了一套完整的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法实用体系。

【技术实现步骤摘要】
一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法
本专利技术涉及一种用于拉曼光谱仪的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，属于光谱分析检测

技术介绍
拉曼光谱分析技术基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，该效应准确表征物质分子振动、分子转动信息，从分子水平实现被测物质化学成分判定，具有快速、无损、准确给出被测物质化学成分信息等优点。近年来，随着激光器、微型光谱仪、高OD(OpticalDensity，光密度)滤波片技术进步，仪器成本降低，基于拉曼光谱的检测仪器开始在公共安全领域应用。这些仪器便携易用、适用于危爆品处置现场未知液体成分鉴定。特别是当未知液体测试样品是纯净物时，获得的拉曼光谱特征峰锐利、显著，与拉曼光谱数据库比对计算，未知液体测试样品光谱和数据库标准品光谱相似度可达95％以上，完全满足物质定性识别要求。但是，当未知液体测试样品是多种物质的混合时，识别难度大幅增加，由于存在拉曼光谱混叠，简单的特征峰比对计算无法满足应用需要，存在较高的误报、漏报，鉴于危险液体的复杂度以及当前安检及反恐的迫切需求，缺乏专用有效的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量的识别方法体系。为了快速准确地获得混合物中各组分的配比，现有技术中出现了一些改进的拉曼光谱定性定量识别方法。例如，在专利号为ZL201610458195.3的中国专利技术专利中，提供了一种基于表面增强拉曼光谱的痕量混合物组分分析方法，通过将混合溶液中包含的多种溶质分子分别吸附在表面增强拉曼散射基底上并检测拉曼光谱，通过对拉曼光谱的谱线进行主成分分析建模与计算得出溶液的配比；可以解决吸附能力各异的物质组成的混合溶液组分分析的定量问题。在专利号为ZL201610092160.2的中国专利技术专利中，提供了一种基于面积法的拉曼光谱即时定量分析方法，基于峰识别与峰面积计算未知浓度的待测样品的所有特征峰的峰面积值，利用该特征峰的峰面积值与对应的标准样品的每1％浓度的面积值对比而计算出该待测样品的浓度，最终获得待测样品的物质属性及其浓度；解决拉曼光谱在样品检测过程中对样品浓度定量分析问题。在申请号为CN201810089569.8的专利技术专利申请中，提供了一种基于激光拉曼光谱的混合物成分测定方法，主要通过纯净物拉曼光谱库和待测混合物光谱图比对，利用逆检索法获得待测混合物的定性测定结果。在申请号为CN201810857143.2的中国专利技术专利申请中，提供了一种定量分析青蒿素含量的激光拉曼检测方法，主要通过激光拉曼光谱和二次函数拟合的方法，建立激光拉曼光谱法定量分析青蒿素的方法，克服了现有技术中缺乏可量化的青蒿素统一标准的问题。上述拉曼光谱检测分析技术或涉及一定制样的数据采集、或使用面积法非直接信号强度法、或仅进行简单的特征峰比对、或没有可行有效的混合物定量手段，缺乏快速、准确、有效的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量的识别方法实用体系，依然无法满足当前安检及反恐对危险液体混合物的检测业务需求。近年来随着经济的发展，行政执法部门对用于拉曼光谱检测技术的需求越来越高，在满足定性检测需求之外，需要对各种混合物、掺杂物及非纯净物进行定量分析，目前市面上所售拉曼光谱产品，无相关定量分析技术，无法满足拉曼光谱对纯度不高的物质进行准确测量。因此，在现有技术基础上，提供一款可以使拉曼光谱具备定量分析的技术，将对拉曼光谱在检测领域的发展具有十分重要的意义，同时解决多种纯度不高的物质检测问题及提高检测的准确性和广谱性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于拉曼光谱安检仪的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案：一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，包括如下步骤：(1)获取包括危险液体纯净物标准品的拉曼光谱数据的数据库；(2)采集测试样品的拉曼光谱数据，对测试样品的拉曼光谱数据进行数据处理获得测试样品的拉曼特征峰；(3)进行测试样品与纯净物标准品的正反向特征峰匹配，如果拉曼特征峰正向匹配系数满足阈值条件，可认定测试样品是某种纯净物；如果拉曼特征峰正向匹配系数不满足阈值条件，则进入步骤(4)；(4)通过拉曼特征峰反向匹配系数筛选，确定混合物成分；(5)混合物成分确定后，构建从混合物成分到混合物拉曼光谱的拉曼光谱映射矩阵，并进行矩阵与方程逆求解计算，获得混合物成分的混合比例，实现混合物定性定量分析。其中较优地，在所述步骤(1)中，在所述数据库中，存储有每种纯净物标准品的归一化拉曼响应系数和拉曼响应强度k值。其中较优地，假设纯净物只有3个特征峰，则其产生拉曼特征峰的过程可用下式描述：M＝ka[a1a2a3]-1其中，M为纯净物a的拉曼特征峰响应，ka为纯净物a的拉曼响应强度，a1、a2、a3是纯净物a在3个特征峰位置的归一化拉曼响应系数。其中较优地，在所述步骤(1)中，还包括采集多种危险液体纯净物的拉曼光谱数据，通过数据处理建立包括危险液体纯净物标准品的拉曼光谱数据的数据库的过程。其中较优地，在所述步骤(2)中对测试样品的拉曼光谱数据进行数据处理包括波长转波数、数据平滑、基线处理、拉曼谱峰识别、谱峰选择及归一化的过程。其中较优地，在所述步骤(4)中，选择拉曼特征峰反向匹配系数高的成分作为可能的混合物成分。其中较优地，在所述步骤(5)中，选择各主成分的关键特征峰作为混合物的拉曼特征峰，构建拉曼光谱映射矩阵，进行混合比例计算。其中较优地，假设液体混合物含有三种成分，分别选取三种成分的关键特征峰构建拉曼光谱映射矩阵，经推理简化为如下映射关系：其中，A为拉曼光谱映射矩阵：其中，m1～m3为混合物在选定研究的某三个特征峰位置的归一化拉曼响应系数，km为混合物的拉曼响应强度；xa～xc是三种成分的混合比例。一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，包括如下步骤：在确定测试样品的混合物成分后，选择各主成分的关键特征峰作为混合物的拉曼特征峰，构建拉曼光谱映射矩阵，并进行矩阵与方程逆求解计算，获得混合物成分的混合比例。其中较优地，假设测试样品含有三种成分，分别选取三种成分的关键特征峰构建拉曼光谱映射矩阵，经推理简化为如下映射关系：其中，A为拉曼光谱映射矩阵：其中，m1～m3为混合物在选定研究的某三个特征峰位置的归一化拉曼响应系数，km为混合物的拉曼响应强度；xa～xc是三种成分的混合比例。本专利技术提供的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，通过先后进行拉曼光谱数据采集、建立危险液体纯净物标准品数据库、测试样品拉曼光谱数据处理获得拉曼特征峰、测试样品与数据库中纯净物的正反向特征峰匹配、拉曼特征峰反向匹配系数筛选确定测试样品混合物成分、建立拉曼光谱映射矩阵构建从混合物物质成分到混合物拉曼光谱的映射关系、矩阵与方程逆求解计算，获得危险液体混合物测试样品所含各物质成分的混合比例，最终实现混合物定性定量分析。本方法基于拉曼散射效应理论与拉曼谱图信号数据分析，创新构建从混合物物质成分到混合物拉曼光谱的映射数理模型，提供了一套完整的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法实用体系。该方法无需制样、简易快速、准确有效、谱图解析结果良好，可嵌入到拉曼光谱仪配套信号处理识别系统中，适用于危爆品处置现场未知液体成分鉴定，满足反恐及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取包括危险液体纯净物标准品的拉曼光谱数据的数据库；(2)采集测试样品的拉曼光谱数据，对测试样品的拉曼光谱数据进行数据处理获得测试样品的拉曼特征峰；(3)进行测试样品与纯净物标准品的正反向特征峰匹配，如果拉曼特征峰正向匹配系数满足阈值条件，可认定测试样品是某种纯净物；如果拉曼特征峰正向匹配系数不满足阈值条件，则进入步骤(4)；(4)通过拉曼特征峰反向匹配系数筛选，确定混合物成分；(5)混合物成分确定后，构建从混合物成分到混合物拉曼光谱的拉曼光谱映射矩阵，并进行矩阵与方程逆求解计算，获得混合物成分的混合比例，实现混合物定性定量分析。

【技术特征摘要】
1.一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取包括危险液体纯净物标准品的拉曼光谱数据的数据库；(2)采集测试样品的拉曼光谱数据，对测试样品的拉曼光谱数据进行数据处理获得测试样品的拉曼特征峰；(3)进行测试样品与纯净物标准品的正反向特征峰匹配，如果拉曼特征峰正向匹配系数满足阈值条件，可认定测试样品是某种纯净物；如果拉曼特征峰正向匹配系数不满足阈值条件，则进入步骤(4)；(4)通过拉曼特征峰反向匹配系数筛选，确定混合物成分；(5)混合物成分确定后，构建从混合物成分到混合物拉曼光谱的拉曼光谱映射矩阵，并进行矩阵与方程逆求解计算，获得混合物成分的混合比例，实现混合物定性定量分析。2.如权利要求1所述的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，在所述数据库中，存储有每种纯净物标准品的归一化拉曼响应系数和拉曼响应强度k值。3.如权利要求2所述的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，其特征在于，假设纯净物a只有3个特征峰，则其产生拉曼特征峰的过程可用下式描述：M＝ka[a1a2a3]-1其中，M为纯净物a的拉曼特征峰响应，ka为纯净物a的拉曼响应强度，a1、a2、a3是纯净物a在3个特征峰位置的归一化拉曼响应系数。4.如权利要求1所述的危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法，其特征在于，在所述步骤(2)中对测试样品的拉曼光谱数据进行数据处理包括波长转波数、数据平滑、基线处理、拉曼谱峰识别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，贾二惠，郝凤龙，张庆胜，赵颖，荣海博，赵誉婷，李彬，
申请(专利权)人：公安部第一研究所，北京中盾安民分析技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11