CN102435575A - 一种检测近红外二维相关光谱的方法 - Google Patents

Abstract

一种检测近红外二维相关光谱的方法，首先设定近红外光谱仪检测器为工作状态，制备好样品后置于控温附件，同时处于近红外检测探头下；然后利用控温附件控制温度；然后进行变温检测得到系列光谱图后，将图谱数字化；然后运行matlab软件，打开计算程序，计算获得动态光谱；然后根据提示选择波段，计算获得二维相关光谱的同步图和异步图；最后根据同步图和异步图中的光谱特征，对样品进行鉴别或其他定性分析。本发明将光谱的吸收峰在第二维的尺度上展开，使近红外光谱的谱峰更为便利；通过谱线之间相关性分析，能详细地研究不同分子间或分子内的相互作用；检测光谱强度变化次序，能有效地对化学反应过程和分子振动的动力学过程进行详细的研究。

Description

一种检测近红外二维相关光谱的方法

技术领域

本发明涉及一种检测物质的近红外二维相关光谱的方法，可应用于药品、食用油、石油等领域，通过近红外仪器对此类样品检测系列近红外光谱，进行处理得到二维相关光谱，显示出其光谱特征，可实现样品的定性鉴别及其它机理研究。

背景技术

近年来，由于近红外光谱检测方法快速简便，具有无损的特点，使近红外光谱成为一个非常重要的研究及应用领域。

传统的光谱分析方法，如紫外、可见和中红外光在不透明样品中的穿透能力有限，对很多样品，不加处理很难测定。相对来讲，近红外光谱的穿透能力较强（特别是在700-1100nm左右，对固体的穿透能力可达几厘米），漫反射分析非常方便，因此对试样的状态要求低，除清澈的气、液、固态试样外，还可检测粉末状、糊状、浆状、丝状或其它不规则试佯，不需或很少要求试样预处理过程，便于实现快速、实时、在线分析和控制

近红外光谱法具有包含信息量大、便捷、快速、无损等特点，逐渐为分析界所重视，它包含大量氨基、羟基和碳氢键的振动信息，可以用于食品、药品、化工产品等的定性及定量分析。

但由于近红外光谱信息弱，谱峰高度重叠，谱峰指认相对难度较大，在定性分析和结构分析等领域一直进展缓慢，对于复杂体系的分辨率较低，对于一些接近的样品，无法进行直观的分析。

二维相关光谱指对系列光谱的相关分析，得到光谱的二维信息，它对重叠信号有很强的分辨能力，能够发现隐藏在光谱中的特征，在定性鉴别、结构分析、相互作用、化学反应等研究领域有很广泛的用途。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种对样品进行二维相关近红外光谱检测的方法，对样品进行预处理后检测不同温度下的近红外光谱，计算得到动态光谱，进一步获得二维相关光谱的同步光谱和异步光谱，从而能够提高传统光谱的分辨率，增加光谱信息的可解读性，显示出其光谱特征，可实现样品的定性鉴别及其它机理研究，解决了目前近红外光谱中不能直观解析及定性解析的缺点。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的检测近红外二维相关光谱的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、对待测样品进行预处理；

b、开启近红外检测装置，包括积分球检测附件；

c、称取适量样品，装入石英瓶，入控温检测器，置于积分球检测附件；

d、开启控温检测器，设定检测温度，检测设定温度下的近红外光谱；

e、升高温度，平衡3分钟后检测下一张近红外光谱，依次继续，直到达到要求；

f、计算动态光谱：

其中，温度

和之间的光谱信号为

，其中

为波数；

g、计算同步光谱及异步光谱：

同步相关光谱：

异步相关光谱：

其中，

为

的Hilbert变换：

。

其中，预处理的方法是固体样品充分干燥，液体样品除杂质及水份。而上述石英瓶的内径为2cm。并且在上述步骤d中，采样分辨率为8cm^-1，光谱范围为12500-4000cm^-1，测定64次求平均以提高信噪比。

本发明具有如下有益效果：

1、将光谱的吸收峰在第二维的尺度上展开，提高光谱分辨率，有效地分离重叠的谱线，使近红外光谱的谱峰更为便利；

2、通过谱线之间的相关性分析，能够详细地研究不同分子间或分子内的相互作用；

3、检测光谱强度的变化次序，能有效地对化学反应过程和分子振动的动力学过程进行详细的研究；

4、发现有机样品的近红外光谱特征，也可用于真伪样品的鉴别，解决了目前近红外光谱中不能直观解析及定性解析的缺点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为二维相关光谱的获得示意图。

图2为二维同步相关光谱示意图。

图3为二维异步相关光谱示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的检测近红外线二维相关光谱的方法，包括如下步骤：

a、对待测样品进行预处理；

b、开启近红外检测装置，包括积分球检测附件；

c、称取适量样品，装入石英瓶，入控温检测器，置于积分球检测附件；

d、开启控温检测器，设定检测温度，检测设定温度下的近红外光谱；

e、升高温度，平衡3分钟后检测下一张近红外光谱，依次继续，直到达到要求；

f、计算动态光谱：

其中，温度

和

之间的光谱信号为

，其中

为波数；

g、计算同步光谱及异步光谱：

同步相关光谱：

异步相关光谱：

其中，

为

的Hilbert变换：

。

其中，预处理的方法是固体样品充分干燥，液体样品除杂质及水份。而上述石英瓶的内径为2cm。并且在上述步骤d中，采样分辨率为8cm^-1，光谱范围为12500-4000cm^-1，测定64次求平均以提高信噪比。

本方法的重点是计算获得二维相关光谱的同步图和异步图，就可以根据两种图上的光谱特征，进行近红外光谱等的解析，特别是上述相关峰和交叉峰的位置及强度能体现样品的性质。

如图2所示，图中阴影部分为负峰，而同步相关光谱关于对角线对称，位于对角线上的峰称为自相关峰，自相关峰总是正值，表示光谱强度变化的自相关函数。其强度的大小代表光谱强度在扰动作用下的涨落程度。交叉峰位于对角线外，如A和C，B和D形成了交叉峰，表明不同波数之间存在较强的相互作用或同步变化，当两条光谱强度变化方向相同时，交叉峰为正值，方向相反时，交叉峰为负值。

如图3所示，异步相关光谱是一条光谱和别一条光谱Hilbert变换信号相关性分析的结果，因此异步相关光谱关于对角线反对称，且没有自相关峰。它代表了两个不同位置测得的光强度变化次序或变化的不同步特征，仅当光谱强度变化信号的Fourier频率成分不同 位相时才会出现，这一特点在区分不同光谱来源或不同组分形成的重叠峰时特别有效。

另外，还可以判断不同波长处在外界扰动过程中的变化顺序：

当同步相关光谱是正，即：

为正时，如果

也为正，则表示，

处的强度变化先于

的强度变化，

为负时，表示

处的强度变化迟于

的强度变化。当

为负时，顺序正好相反。其中，与横坐对应，

与纵坐标对应。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种检测近红外二维相关光谱的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、对待测样品进行预处理；

b、开启近红外检测装置，包括积分球检测附件；

c、称取适量样品，装入石英瓶，入控温检测器，置于积分球检测附件；

d、开启控温检测器，设定检测温度，检测设定温度下的近红外光谱；

e、升高温度，平衡3分钟后检测下一张近红外光谱，依次继续，直到达到要求；

f、计算动态光谱：

其中，温度

和

之间的光谱信号为

，其中

为波数；

g、计算同步光谱及异步光谱：

同步相关光谱：

 

异步相关光谱：

 

其中，

为

的Hilbert变换：

。

2.根据权利要求1所述检测近红外二维相关光谱的方法，其特征在于上述预处理的方法是固体样品充分干燥，液体样品除杂质及水份。

3.根据权利要求1所述检测近红外二维相关光谱的方法，其特征在于上述石英瓶的内径为2cm。

4.根据权利要求1所述检测近红外二维相关光谱的方法，其特征在于上述步骤d中，采样分辨率为8cm^-1，光谱范围为12500-4000cm^-1，测定64次求平均以提高信噪比。

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