一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法
(一)

[0001]本专利技术涉及的是一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法，可用于对不同组分的混合溶液进行组分分析和浓度测量，属于拉曼光谱分析和检测

。
(二)
技术介绍

[0002]拉曼光谱，是一种基于振动分子对光的非弹性散射的光学技术，被誉为物质的指纹光谱
。
拉曼光谱仪具有操作简单
、
测量时间短
、
分析效率高等优点，能够快速
、
简单的提供被测样品的化学键
、
相和形态
、
结晶度等信息，在生物学，化学，医学，物理学等各个领域都存在应用
。
然而在实际应用中，特别是测量样本中含有多种组分物质时，由于各种组分的相互作用，
,
混合物的拉曼光谱不但谱峰重叠现象严重，甚至低浓度混合物所含组分的某些特征峰会淹没在背景噪声中，使得对混合溶液的拉曼光谱进行精细分析十分困难，更难以对混合溶液的浓度进行测定
。
[0003]为了解决这个问题，目前主要两种方案，分别是在实验中增强信号以及在数据分析过程中增强对混合信号的识别能力
。
对于前者，表面增强拉曼光谱
(SERS)
技术被用来实现混合拉曼信号的选择性增强，对于后者，通过对光谱进行定量分析可以实现拉曼光谱混合信号的识别和重构
。
这些方法都有效提高了拉曼光谱的分析能力
。
但是表面增强拉曼光谱只能增强特定化学结构的拉曼信号，制备过程也较为复杂
。
基于机器学习的光谱定量分析依赖于数据集的规模
、
质量以及测量数据和数据集之间的关联性
。
[0004]本专利技术在以上
技术介绍
的基础上，通过对具有不同浓度梯度的混合溶液进行主成分分析，初步分离出背景噪声以及不同组分物质的拉曼信号，然后根据不同组分物质的高浓度样品的光谱特征修正其中的干扰信号
。
再通过对不同组分物质的拉曼信号
(
也就是不同主成分
)
的修正实现对主成分得分的修正，最后根据不同组分信息及修正信息与浓度的线性关联进行建模实现混合溶液不同组分的分离以及未知浓度的测定
。
其操作简单
、
测量精确
、
所系时间短，实现了低成本
、
正确
、
快速检测不同组分物质及其浓度
。
(三)
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法
。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]步骤
S1
，取出不同浓度样品并置于玻璃皿中，用拉曼光谱仪快速采集样品的拉曼光谱信息
。
[0008]步骤
S2,
对所述光谱信息进行主成分分析，得到所述光谱的不同物质组分信息，并根据光谱特征进行修正
。
[0009]步骤
S3
，结合修正信息与不同组分信息建立不同浓度混合溶液物质组分与溶液浓度的关系模型
。
[0010]步骤
S4,
利用构建的关系模型对未知浓度的混合溶液进行检测快速判断当前不同组分的浓度
。
[0011]为建立良好的预测模型，样品使用浓度梯度相反或者或浓度梯度方向相同但大小不同
、
并且分布均匀的混合溶液
。
[0012]使用拉曼光谱仪快速采集不同浓度样品的拉曼光谱信息，并对不同浓度混合溶液的拉曼光谱进行主成分分析
。
初步分离出了背景噪声以及不同组分物质的拉曼信号
(
即不同主成分
)
后，将得到的主成分根据不同组分的高浓度样品的光谱特征进行修正
。
[0013]将修正后代表物质组分的主成分代入原主成分表达式，以此修正主成分得分，将不同组分信息结合修正信息构建关系模型从而实现预测
。
[0014]这种对主成分及主成分得分进行修正从而与浓度的线性关联进行建模并检测混合溶液浓度的方式，所需时间短，成本低，精确度高，完善了主成分分析应用于实测光谱的方法，在物质识别和浓度检测方面具有极大的应用潜力
。
(四)附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例的一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法的流程图
。
[0016]图2为本专利技术实施例的一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法的示意图
。
包括：
A
采样部分，由样品
(1)
，拉曼探头
(2)
，激光光源
(3)
，分光仪
(4)
，
CCD(5)
，信号分析处理
(6)
组成；
B
分析部分，由修正
(7)
，建模与预测
(8)
组成
。
(五)具体实施方式
[0017]下面结合具体的实施例来进一步阐述本专利技术
。
[0018]图2为实验过程的示意图，拉曼光谱测量设备激发光的波长为
785nm
，激光功率约为
800mW
，每个光谱的积分时间为
5s。
通过用水
、
无水乙醇与甲醇相互配比配制了一组浓度梯度相反的乙醇甲醇混合溶液样品，即在乙醇浓度为5％，
10
％，
15
％，
20
％，
25
％时，甲醇浓度为
25
％，
20
％，
15
％，
10
％，5％
。
[0019]对混合溶液和水的拉曼光谱进行主成分分析，初步实现在混合溶液拉曼光谱中提取乙醇分子和甲醇分子信号，并将不同组分的拉曼光谱分离
。
然后根据所得乙醇
、
甲醇信号的高浓度实测拉曼光谱特征对提取出的乙醇甲醇信号进行修正，即用第一主成分减去第二主成分和第三主成分分别乘以根据在
895cm
‑1和
1000cm
‑1处特征峰的大小分别计算出的补偿系数：再用第二主成分减去第一主成分和第三主成分分别乘以根据弯曲程度和
1000cm
‑1特征峰大小算出的补偿系数：第三主成分减去第一主成分和第二主成分分别乘以根据弯曲程度和
895cm
‑1处特征峰大小算出的对应补偿系数，然后将修正后的主成分也就是乙醇甲醇代入主成分分析表达式从而实现对主成分得分的修正，最后将修正后的主成分得分与浓度构建线性关联，用提取出的不同物质组分信号对未知浓度的混合溶液拉曼光谱进行多元线性回归，再将所得系数代入构建的线性关联中，从而快速判断未知浓度混合溶液的测定
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法
。
其特征在于包括如下步骤，步骤
S1
，取出不同浓度样品并置于玻璃皿中，用拉曼光谱仪快速采集样品的拉曼光谱信息
。
步骤
S2,
对所述光谱信息进行主成分分析，得到所述光谱的不同物质组分信息，并根据光谱特征进行修正
。
步骤
S3
，结合修正信息与不同组分信息建立不同浓度混合溶液物质组分与溶液浓度的关系模型
。
步骤
S4,
利用构建的关系模型对未知浓度的混合溶液进行检测快速判断当前不同组分的浓度
。2.
如权利要求1所述的一种基于主成分分析的混合溶液快速检测方法，其特征在于，为建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方原，张敬义，王新强，叶松，李树，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：