产生用于光谱分析的基本组的方法和设备技术

一种或多个基本组在分析期间被应用到光谱信号中以产生一个精确的光谱描述，从该描述中分析物浓度可以精确地确定。一个基本组包括在诸如血清的样本中找到的所有的干扰成份。关于诸如葡萄糖的分析物，就必须限定样本中的那些比葡萄糖有更大干扰的成份。例如，生成的基本组能产生一个会干扰或散射光的对红血球的变换；以及对皮肤效应也是如此。一旦所有这些成份的光谱已知，然后必然确定这些成份中的每一个是怎样互相作用的，例如，获取血清数据，萃取每一种成份，然后将个别成份的光谱和溶液中的成份的光谱进行比较。本发明专利技术表征了样本中的每一种成份，也表征了所有其它可能的干扰物，在产生每一种成份在每一个研究检测频率上的精确的描述以后，识别和从在研究检测的频率上产生的光谱中减除每一种干扰。基本组可以采取变换的形式，该变换可以储存在查寻表中供分析时使用。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的
技术介绍
领域本专利技术涉及决定样本中目标分析物的浓度。更具体地说，本专利技术涉及产生用于例如用多重光谱分析确定样本中目标分析物的浓度的基本组的方法和设备。现有技术的叙述光谱分析中的数据分析涉及到寻求最佳波长和产生精确校准的过程，以将一定的光谱数据组和一样本组的构成的实验室参比值联系起来，这样，分析即预言未知构成的未来样本的数值就具有可能性。用于进行光谱测量的光谱仪器的校准的典型的完成方法是，对照实验室参比数值，应用在一定波长数的吸收率的多重回归，即数学上决定一条直线相应于一组数据的最佳的可能配合(例如，参见H.Mdrk光谱校准的原理的实践，John Wiley & Sons，Inc.(1991))。无误差校准，即适用于Beer定律的样本，是这样一种样本，其中被研究测试的组份(且是样本中的唯一的组份)溶解在完全不吸收的溶剂中，并且仅有一个单个吸收率频带。在这种场合，校准样本组中的组份的浓度在宽广的范围内被精确地认知，并且光谱测量仪表没有噪声、非线性或其他缺陷。在这样一种理想的场合，吸收率峰的的高度严格地和组份的浓度成比例。这样，就可能只用两种样本来校准一个系统，因为两点能确定一条直线，并且直线的斜率和数据的截距可以容易地用已知的数字公式来确定。不幸的是，这种理想的场合在现实世界中是不存在的。例如，光谱测量要受到数据中的偏斜这样的现象的支配，数据偏斜是由仪器、样本或实验中的物理变化引起的。例如，样本中的干扰和/或受支配的组份而不是被研究测试的组份能影响数据。温度、媒介物，程长以及散射效应也必须考虑到。液体样本的近红外(near-IR)吸收率光谱包含了大量的有关样本中各种各样有机组份的信息。特别是，和有机物分子结构相关连的振动能，转动能和弹性能(例如碳氢，氧氢和氮氢化学键)在近红外区域产生干扰，这些干扰能被探测到并和存在于样本中的各种有机组份的浓度相关。不管怎样，在复杂的样本基质里，近红外光谱也包含有明显数量的干扰，部分起因于分析物中结构的相似性，分析物浓度的相对水平，分析物之间的干扰关系以及在特定系统内固有的电子和化学噪声的数量。这种干扰降低了用近红外光谱分析来确定液体样本分析物浓度所获得的测量结果的效率和精确性。例如，水基底样本的近红外光谱分析中，温度是个重要的参数。主要的水吸收带大致以3800，5200和6900nm为中心，但是，这些带的精确位置对温度呈敏感。这些带在更高的温度下就转变到更高的频率。温度的变化也改变了水中氢和其他化学物类相键合的程度，这种改变引起了吸收带位置的显著的移动。含有大量水的大多数分析样本，例如在确定水溶液中葡萄糖浓度时，都需要对样本温度作精确控制。关于温度，K.Hazen，M.Amold，G.Small在《水溶液中葡萄糖的温度不敏感近红外光谱测量》应用光谱学，第48卷第四册第477～483页(1994)中揭示了应用和部分最小二乘(PLS)回归相结合的数字Fourier滤波器而产生对样本温度不敏感的葡萄糖校准模型，此校准模型最初是用从保持在37℃的样本上在遍及5000到4000nm光谱范围内收集到的光谱创立出来的。模型的价值由判断从预言的光谱组确定葡萄糖浓度的能力来评估。预言的吸收光谱组是将从温度范围在32℃到41℃的溶液中收集到的单束光谱和在37℃温度下收集到的参比光谱作比率而获取的。基底的水吸收带对温度的敏感性在预言光谱中产生大的基线变化，这可以由Fourier滤波步骤有效地消除。另外，还可参看G.Small，M.Arnold，L.Marquardt的《带有部分最小二乘回归的耦合数字滤波近红外光谱Fourier变换确定血浆中的葡萄糖的应用》，Analytical Chemistry，65卷，22册，3279～3289页(1993)(由应用Fourier滤波技术来实施高斯型带通数字滤波器并应用于光谱预处理以消除因血浆基质的背景吸收率引起的变化。PLS回归被用来通过经滤波的光谱计算葡萄糖的校准模型)；M.Arnold，G.Small，《应用近红外光谱经数字滤波的Fourier变换来确定在水基质中的葡萄糖的生理学水平》，Analytical Chemistry，第62卷，第14册，第1457～1464页(1990)(以及G.Small，M.Arnold，《生理学化学制品，尤其是葡萄糖的非侵害性检测的方法和设备》，美国专利5,459,317(1995年10月17日))(……一个数字Fourier滤波器……从光谱中消除高频噪声和低频基线变化。应用数字最佳化程序来识别这种Fourier滤波器的高斯型频率响应功能的最佳位置和宽度。动态区域计算，结合简单线性基线修正，从经处理的光谱中提供一种积分区域，该区域和葡萄糖浓度成线性关系……)；以及K.Hazen，的《应用近红外光谱在生物学基质中的葡萄糖确定》，Ph.D.论文，Iowa大学(1995年8月)(应用近红外光谱学完成的在水，血清，血液和人体中的葡萄糖确定，多变量分析被用来使较小的光谱变化和分析物的浓度相互关联)。有许多近红外装置和方法曾被叙述，这些装置和方法可以与前述技术联合使用以用来提供非侵害性的血液分析物的确定授于Purdy等人的美国专利5,360,004叙述了确定血液分析物浓度的一种方法和设备，其中主体部份受到包含有两个或更多的独特波段的连续波长的入射辐射的辐照。Purdy等人强调的滤波技术特定地在水的近红外吸收光谱中发生在大约1440和1935nm的两个峰值处阻断辐照。这样有选择的阻断的实施其目的是为了避免受辐照的主体部分中的水吸收了辐射可能因此而产生的热效应。对比起来，授于Yang等人的美国专利5,267,152叙述了仅用部分红外光谱测量血液葡萄糖浓度的非损害装置和技术，该光谱包含近红外水吸收峰(例如，水传输窗口，其包括1300到1900nm之间的那些波长)，在1600nm处水吸收率达到最小。经光学控制的光被导向一个组织源，然后由一积分球面收集。经收集的光被进行分析，血液葡萄糖浓度用储存的参比校准曲线计算出来。授与Price等人的美国专利5,606,164叙述了测量存在于一种生物体液中的分析物的浓度的方法和设备。近红外辐射被应用到校准样本中以产生校准数据。用数据经预处理后接着投射到具有用校准模型预测分析物浓度的校准模型空间的方法，来分析未知样本的数据。应用于在复杂样本中确定分析物浓度的装置也有叙述，例如授于Richardson等人的美国专利5,242,602叙述了分析水系统以探测多重成分的方法。该方法包括确定各种成份在遍及200到2500nm范围内的吸收率或发射光谱，以及化学计量算法的应用，该化学计量算法用以提取为量化多重特性指示物而获得的光谱数据的各个分段。授于Nygaard等人的美国专利5,252,829叙述了用红外线衰减测量技术测量牛奶样本中尿素浓度的方法和设备。开展多变量技术，用部分最小二乘算法，主要的成份回归，多重线性回归或人造神经网络知识确定已知成份的光谱贡献。求出阻塞被研究测量的分析物信号的成份贡献份额来进行校准。这样，Nygaard等人叙述了测量多重分析物红外线衰减和补偿背景分析的影响而获取更精确测量的技术。授于Robinson等人的美国专利4,975,581叙述了基于在一已知分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用多光谱分析确定一个样本中目标分析物浓度的方法，其特征在于，它由以下步骤组成： 产生至少一个包括至少一种所述样本中的干扰成分的基本组；和 把代表所述样本的光谱信号应用于所述基本组； 其中，所述样本的对应所述分析物的成份由所述基本组的应用来识别。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬F马林，凯文H哈森，
申请(专利权)人：仪器测量公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]