CN108124462A - 一种混合物检测方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公一种混合物检测方法及设备，涉及物质检测技术，能够对混合物所含物质的比例含量进行检测。该方法包括对待测混合物进行测量谱线采集，识别待测混合物中的物质的种类；根据物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取每种物质的特征峰的强度比例；根据物质的种类查询所述相对活性数据库，获取每种物质对应的相对活性；根据每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定混合物所包含的物质的比例含量。本发明的实施例用于物质检测。

Description

一种混合物检测方法及设备
技术领域
本发明的实施例涉及物质检测技术，尤其涉及一种混合物检测方法及设备。
背景技术
在物质检测时，目前通过仪器分析检测主要基于数据库存储的物质特性对比，例如对物质的光谱特性进行对比，而基于混合物构建数据库时体量较大，例如，如果按原来的方法构建混合物数据库，数据量将会非常大，如果10000种物质两两混合将有49995000种可能，如果三三混合1.67*1011种可能，如果算上不同的混合比例，种类会增加100倍，使这种方案不可行。因此构建的数据库主要为单一纯物质的数据库，这仅能满足用来对单一物质的分析识别。并且采用该方法只能对物质种类进行识别，并不能实现对混合物所含物质的比例含量进行检测。
发明内容
本发明的实施例提供一种混合物检测方法及设备，能够对混合物所含物质的比例含量进行检测。
第一方面，提供一种混合物检测方法，包括：
对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类，其中所述混合物的溶剂为所述第一标定物质；
根据所述物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取所述每种物质的特征峰的强度比例；
根据所述物质的种类查询所述相对活性数据库，获取所述每种物质对应的相对活性，其中所述相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，其中，L＝a*b，a为常数；所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；
根据所述每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定所述混合物所包含的物质的比例含量。
第二方面，提供一种混合物检测设备，包括：
检测单元，用于对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类，其中所述混合物的溶剂为第一标定物质；
处理单元，用于根据所述检测单元识别的所述物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取所述每种物质的特征峰的强度比例；
所述处理单元，用于根据所述检测单元识别的所述物质的种类查询所述相对活性数据库，获取所述每种物质对应的相对活性，其中所述相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，其中，L＝a*b，a为常数；所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第二预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；
所述处理单元，还用于根据所述每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定所述混合物所包含的物质的比例含量。
第三方面，提供一种混合物检测设备，包括：存储器、接口、处理器；存储器以及通信接口耦合至处理器；所述存储器用于存储计算机执行代码，所述处理器用于执行所述计算机执行代码控制执行第一方面的混合物检测方法，所述接口用于所述混合物检测设备与外部设备的数据传输。
第四方面，提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被计算机执行时使所述计算机执行如第一方面的所述的混合物检测方法。
在上述方案中，首先，对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类；然后，根据物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取每种物质的特征峰的强度比例；根据物质的种类查询相对活性数据库，获取每种物质对应的相对活性，其中所述相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，其中，L＝a*b，a为常数；所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第二预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；根据每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定待测混合物所包含的物质的比例含量；从而实现了对混合物所含物质的比例含量进行检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种混合物检测方法的流程图；
图2为本发明的另一实施例提供的混合物检测方法的流程图；
图3为本发明的再一实施例提供的混合物检测方法的流程图；
图4为本发明的实施例提供的拉曼光谱示意图一；
图5为本发明的实施例提供的拉曼光谱示意图二；
图6为本发明的实施例提供的拉曼光谱示意图三；
图7为本发明的实施例提供的拉曼光谱示意图四；
图8为本发明的实施例提供的混合物检测设备的结构示意图；
图9A为本发明的另一实施例提供的一种混合物检测设备的结构示意图；
图9B为本发明的又一实施例提供的一种混合物检测设备的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
需要说明的是，本发明实施例中，“的(英文：of)”，“相应的(英文：corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。
本发明的实施例提供的混合物检测设备为安装有可执行本发明实施例提供的方法的软件客户端或软件系统或软件应用的PC等，具体的硬件实现环境可以为通用计算机形式，或者是ASIC的方式，也可以是FPGA，或者是一些可编程的扩展平台例如Tensilica的Xtensa平台等等。基本构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似。
基于上述的混合物检测设备，参照图1所示，本发明的实施例提供一种混合物检测方法，包括如下步骤：
101、对待测混合物进行测量谱线采集，识别待测混合物中的物质的种类，其中所述混合物的溶剂为所述第一标定物质。
102、根据物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取每种物质的特征峰的强度比例。
103、根据物质的种类查询所述相对活性数据库，获取每种物质对应的相对活性。
其中相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L。其中，L＝a*b，a为常数；所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第二预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值。第一标定物质的活性与第二标定物质的活性的差值大于预设值，标准样本物质与第一标定物质等比例混合。测量谱线包括至少以下任一：拉曼光谱、红外光谱、激光诱导击穿光谱LIBS、质谱、色谱、离子迁移谱。
104、根据每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定待测混合物所包含的物质的比例含量。
在上述方案中，首先，对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类，混合物的溶剂为第一标定物质；然后，根据物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取每种物质的特征峰的强度比例；根据物质的种类查询相对活性数据库，获取每种物质对应的相对活性，其中相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，L＝a*b，a为常数；所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第二预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；根据每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定待测混合物所包含的物质的比例含量；从而实现了对混合物所含物质的比例含量进行检测。
其中，在步骤101之前还需要构建相对活性数据库，其具体方式参照图2所示，包括如下步骤：
201、当第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时获取标准样本物质的测量谱线的预设峰值与第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值b。
202、获取标准样本物质的相对活性L；
203、将至少一个标准样本物质的相对活性L添加至相对活性数据库。
需要说明的是，由于标准样本物质不同时，其能够溶解其的溶剂(第一标定物质)也不同，为了进行统一计算，可以将相对活性换算为统一的参考第二标定物质的相对活性。举例说明，例如相对活性数据库部分物质溶于水、部分物质溶于乙醇，则，溶于水的物质可以直接计算其相对活性L，并设置常数a＝1，对于溶于乙醇的物质可以参照如下方法计算常数a的取值：
当第一标定物质与第二标定物质按照第二比例混合时，获取第一标定物质的测量谱线的预设峰值与第二标定物质的测量谱线的预设峰值的比值a。其中第一标定物质与第二标定物质等比例混合，举例说明，将乙醇与水混合后，取乙醇的测量谱线的预设峰值与水的测量谱线的预设峰值的比值为a。基于以上方式可以将相对活性L换算至统一参考的标定物质(水)，这样便不会影响后续待测混合物所包含的物质的比例含量的计算。当然，以上仅是以乙醇和水作为标定物质进行的说明，选用其他物质作为标定物质时，常数a的计算方式时类似的，不再赘述。
示例性的，以乙醇和水作为标定物质，以汽油作为标准样本物质，将乙醇和水等比例混合，其中汽油溶于乙醇并于乙醇等比例混合，当然这里只是示例性的以汽油作为标准样本物质，当然标准样本物质可以为任意，需要说明的是溶于水的物质与水等比例混合，溶于汽油的物质与汽油等比例混合。以测量谱线采用拉曼光谱为例，假定待测混合物包含物质A和B，该待测混合物的溶剂为乙醇。则对其检测方法参照图3所示，具体如下：
301、将乙醇和水等比例混合，采集拉曼光谱，计算乙醇的拉曼光谱的预设峰值与水的拉曼光谱的预设峰值的比例为a,即乙醇和水的拉曼活性比例为a。
302、将汽油和乙醇等比例混合，采集拉曼光谱，计算汽油的拉曼光谱的预设峰值与乙醇的拉曼光谱的预设峰值的比例为b，即汽油与乙醇的拉曼活性比例为b。
其中步骤S301和S302均在拉曼光谱满足一定的信噪比时进行采集。此外，各物质的拉曼光谱的预设峰值均采样最强峰值，并且如果物质之间存在预设峰值重合，则选用非重合峰值进行比较。
示例性的，参照图4-图7示出的拉曼光谱图进行说明，其中图4-图7的纵轴为归一化的强度值，横轴为波数(单位：cm-1)，其中在图4-图7中上侧的曲线为对物质(单纯物质或混合物)的拉曼光谱的检测曲线，下侧为物质(单纯物质或混合物)的拉曼光谱的样本曲线，根据上下两种曲线的对比可以确定物质的种类；具体的，如图4所示，下侧为乙醇的拉曼光谱的样本曲线，上侧的曲线为某被检测物质的拉曼光谱的检测曲线，两者形状相同，确定该物质为乙醇；参照图5所示，可以根据正丙醇的拉曼光谱的样本曲线确定被检测物质是否为正丙醇；进一步的，对于混合物，本发明的实施例给出图6、7所示的示例，其中，将正丙醇和乙醇按照61％：39％混合形成混合物，测得拉曼光谱的检测曲线如图6中的上侧曲线，其中混合物的拉曼光谱的样本曲线如图6下侧曲线所示；如图7中所示，将乙醇的测得曲线与混合物的拉曼光谱的样本曲线对比，确定混合物的拉曼光谱的检测曲线中在800-1000之间的波数中，相对强度最高的两个波峰中，左侧的波峰为正丙醇的波峰，右侧的波峰为乙醇的波峰，则可以根据图6中两波峰在拉曼光谱的检测曲线中对应的峰值(强度值)确定正丙醇和乙醇的拉曼活性比例。
303、计算乙醇的拉曼相对活性为L＝a*b。
304、将至少一个标准样本物质的相对活性L添加至相对活性数据库。
以此步骤301-304类推得到每种物质的相对拉曼相对活性，建立相对活性数据库。
305、对待测混合物进行拉曼光谱采集，识别待测混合物中的物质的种类A和B。
306、根据A和B的拉曼光谱的特征峰，获取A的拉曼光谱的特征峰的强度比例CA、B的拉曼光谱的特征峰的强度比例CB。
307、查询相对活性数据库，获取A的拉曼相对活性LA、B的拉曼相对活性LB。
308、计算待测混合物中A和B的比例含量为：(CA/LA):(CB/LB)。
以上仅是以两种物质的混合物为例进行说明，多种混合物可以按照此方法依次计算，以上为混合物比例的分析流程可以应用到如针化学反应过程中的无损检测反应程度，药物及化肥等物质合成过程中反应完成程度等联合检测场景。
本发明实施例可以根据上述方法示例对混合物检测设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
提供一种示例为，图8示出了上述实施例中所涉及的混合物检测设备的一种可能的结构示意图，混合物检测设备包括：处理单元41、检测单元42。处理单元41用于支持混合物检测设备执行图1中的过程101、103、104；检测单元42用于支持混合物检测设备执行图1中的过程101；其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，例如在此不再赘述。
提供另一种示例为，图9A示出了上述实施例中所涉及的混合物检测设备的一种可能的结构示意图。混合物检测设备包括：通信模块51和处理模块52。处理模块52用于对混合物检测设备的动作进行控制管理，例如，处理模块52用于支持混合物检测设备执行图1中的过程101-104。通信模块51用于支持混合物检测设备与其他外部设备的数据传输，例如与传感器之间的通信，以获取传感器对测量谱线的采集结果。混合物检测设备还可以包括存储模块，用于存储混合物检测设备的程序代码和数据。
其中，处理模块52可以是处理器或控制器，例如可以是中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。通信模块81可以是收发器、收发电路或通信接口等。存储模块可以是存储器。
示例性的，处理模块52可以为处理器，通信模块51可以为通信接口，存储模块可以为存储器，参阅图5B所示，提供一种混合物检测设备包括：处理器61、通信接口62、存储器63、总线64；存储器63、通信接口62通过总线64耦合至处理器61；总线64可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9B中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
本发明的实施例还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当被计算机执行时使所述计算机执行上述实施例的混合物检测方法。
本发明的实施例还提供一种计算机程序产品，可直接加载到计算机的内部存储器中，并含有软件代码，所述计算机程序经由计算机载入并执行后能够实现上述实施例提供的混合物检测方法。
结合本发明公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存、只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘(CD-ROM)或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于核心网接口设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于核心网接口设备中。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种混合物检测方法，其特征在于，包括：
对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类，其中所述混合物的溶剂为所述第一标定物质；
根据所述物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取所述每种物质的特征峰的强度比例；
根据所述物质的种类查询所述相对活性数据库，获取所述每种物质对应的相对活性，其中所述相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，其中，L＝a*b，所述a为常数，所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；
根据所述每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定所述待测混合物所包含的物质的比例含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时，获取所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值b；
获取所述标准样本物质的相对活性L；
将至少一个标准样本物质的相对活性L添加至所述相对活性数据库。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值b之前，还包括：
当所述第一标定物质与所述第二标定物质按照第二预定比例混合时，获取所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值与所述第二标定物质的测量谱线的预设峰值的比值a。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一标定物质的活性与第二标定物质的活性的差值大于预设值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述标准样本物质与所述第一标定物质等比例混合。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述测量谱线包括至少一下任一：拉曼光谱、红外光谱、激光诱导击穿光谱LIBS、质谱、色谱、离子迁移谱。
7.一种混合物检测设备，其特征在于，包括：
检测单元，用于对待测混合物进行测量谱线采集，识别所述待测混合物中的物质的种类，其中所述混合物的溶剂为第一标定物质；
处理单元，用于根据所述检测单元识别的所述物质的种类选择每种物质的测量谱线的特征峰，获取所述每种物质的特征峰的强度比例；
所述处理单元，用于根据所述检测单元识别的所述物质的种类查询所述相对活性数据库，获取所述每种物质对应的相对活性，其中所述相对活性数据库包括至少一种标准样本物质的相对活性L，其中，L＝a*b，所述a为常数，所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时，所述b为所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值；
所述处理单元，还用于根据所述每种物质的特征峰的强度比例以及相对活性的商，确定所述待测混合物所包含的物质的比例含量。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述处理单元还用于当所述第一标定物质与所述标准样本物质按照第一预定比例混合时，获取所述标准样本物质的测量谱线的预设峰值与所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值的比值b；获取所述标准样本物质的相对活性L；将至少一个标准样本物质的相对活性L添加至所述相对活性数据库。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述处理单元具体用于当所述第一标定物质与所述第二标定物质按照第二预定比例混合时，获取所述第一标定物质的测量谱线的预设峰值与所述第二标定物质的测量谱线的预设峰值的比值a。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，第一标定物质的活性与第二标定物质的活性的差值大于预设值。
11.根据权利要求7-10任一项所述的设备，其特征在于，其中，所述标准样本物质与所述第一标定物质等比例混合。
12.根据权利要求7-10任一项所述的设备，其特征在于，所述测量谱线包括至少以下任一：拉曼光谱、红外光谱、LIBS、质谱、色谱、离子迁移谱。
13.一种混合物检测设备，其特征在于，包括：存储器、接口、处理器；存储器以及通信接口耦合至处理器；所述存储器用于存储计算机执行代码，所述处理器用于执行所述计算机执行代码控制执行权利要求1～6任一项所述的混合物检测方法，所述接口用于所述混合物检测设备与外部设备的数据传输。
14.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被计算机执行时使所述计算机执行如权利要求1～6任一项所述的混合物检测方法。
15.一种计算机程序产品，其特征在于，可直接加载到计算机的内部存储器中，并含有软件代码，所述计算机程序经由计算机载入并执行后能够实现权利要求1～6任一项所述的混合物检测方法。
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