温度干扰下的葡萄糖水溶液近红外光谱修正方法与比较

水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30 ℃附近时,温度每变化1摄氏度,在1 160 nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%,这个变化约相当于500～600 mg·dL-1葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正,以提高葡萄糖测量精度,具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900～1 350 nm的光谱进行采集,测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果,考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差,并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法-偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。结果表明,GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果,不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善,同时两种方法在模型复杂性、温度修正效果等方面都优于传统方法。研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合,也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。     

基准波长法测定溶液温度的研究

近红外光谱分析已广泛应用于工业、农业等领域,然而其测量精度极易收到外界干扰因素的影响,其中温度变化最不易控制,且是一个不可忽视的影响因素。文章基于溶液中溶质与溶剂的置换效应,提出了一种对样品进行温度测量的基准波长法,并以葡萄糖水溶液作为研究对象,对该方法进行了理论推导和实验研究。溶液中溶质浓度和温度均发生变化时,基准波长1 525 nm处的吸光度变化量完全受温度变化的影响,而与溶质浓度无关,因此根据基准波长点处的吸光度变化可以获得样品温度信息。计算不同温度下纯水光谱与30 ℃下纯水光谱之间的吸光度变化量,获得基准波长点处吸光度变化值与温度的一元线性回归模型,以此为基础对溶液进行了温度计算。实验结果表明,该方法能对样品的温度进行准确测量,获得的温度误差为0.03 ℃。     

温度变化对近红外光谱预测木材含水率的影响

为实现温度不稳定环境下木材含水率的近红外光谱检测,探究了不同温度下木材近红外光谱的变化规律及温度变化对近红外预测木材含水率的影响。对从林场采集的樟子松、水曲柳、大青杨和红松原木木块试样各75块,共计300块试样,进行了不同温度和含水率条件下的近红外光谱采集。采用单一温度下的校正集分别与各个温度下的验证集建立偏最小二乘含水率预测模型,探究温度变化对木材含水率模型预测准确性的影响。比较了不同光谱预处理的木材含水率预测温度全局模型。采集相同含水率下不同温度的近红外光谱数据,对光谱进行光谱平均、一次微分、主成分分析和偏最小二乘判别分析,以探究温度变化时,木材近红外光谱的变化规律。结果显示：(1)温度对木材样品光谱存在显著影响;主成分分析和判别分析表明不同温度下的样品有明显聚类趋势,温度判别准确率为96.1%。温度会影响木材的近红外光谱在特定波长吸收峰的位置及吸光度,在含水率相同的情况下,随着温度的升高,特定位置吸收峰有逐渐向高频波段转移的趋势且在零下低温时波峰移动变化更明显。(2)不同温度下的PLS含水率预测模型对温度变动的适应能力有差异,木材含水率预测模型更适应于检测与建模样本相同温度的样品...     

温度对叶片近红外光谱的影响

近红外光谱分析技术是发展最快的定性和定量分析技术之一,在各个领域得到了广泛应用。但近红外谱区自身信息的特点决定了其吸收强度弱、信噪比低、谱峰严重重叠等缺点,这使得近红外光谱易受样品来源、样品种类、样品状态、装样条件和样品温度等的影响,造成光谱的不确定性。文章以温度对叶片近红外光谱的影响为研究内容,详细考察了不同温度下样品的叶绿素的校正和预测模型。结果发现温度对模型精度有一定的影响,样品的温度在10和20℃下模型的精度较高,10℃下模型精度效果最好,但是所用的主成分也较多。当实验温度达到25℃时,模型的校正和预测精度都相对较差。利用判别分析对各个温度下的光谱进行分类。发现20℃下采集的光谱没有分到其他温度区外,其他的都有不同程度的跨区,这说明除20℃外,其他温度下测得的光谱差异不明显。试验对叶片近红外检测的条件和应用做了初步的探索性工作,为今后提出温度修正模型提供理论基础。     

便携式近红外光谱仪的苹果糖度模型温度修正

样品温度对近红外光谱有很大影响,在近红外技术评价水果品质的实际应用时,需要修正温度变化对模型预测结果的影响。便携式近红外光谱仪采集不同温度下(0～30℃)苹果的漫透射光谱,采用二阶导数和卷积平滑进行预处理。选取20℃下代表性样本的光谱数据,建立基准PLS模型。斜率/偏差法分别计算苹果糖度PLS模型在0,10和30℃下的修正方程。分析结果表明:斜率/偏差法对0,10和30℃下外部样本预测结果进行修正,预测精度得到显著提高,其修正前后的Q值分别为0.525cv 0.810,0.680cv0.822,0.669cv 0.802。温度修正模型可以有效提高预测精度,也扩展了近红外仪器的适用性,为自主研发便携式近红外光谱仪提供参考。     

应用数字傅里叶滤波方法提高近红外光谱多元校正模型稳健性的研究

在近红外光谱多元校正方法实际应用中,经常遇到这样的情况,近红外光谱校正模型仅适用于建模时的测量条件,而在测量条件稍有变化时就无法实现样品的准确预测。文章主要研究采用数字傅里叶滤波预处理方法提高近红外光谱多元校正模型稳健性。文章将数字傅里叶滤波预处理方法应用于葡萄糖水溶液的温度实验,实验1和实验2分别在恒温25 ℃和恒温30 ℃进行光谱测量;实验3在未控温的室内环境下进行光谱测量。采用实验1和实验2的样品作为训练集进行模型训练和优化,模型建立完毕之后,采用实验3的样品作为验证集进行模型预测能力评价。结果表明,如果训练集样品未经过预处理而直接建立偏最小二乘(PLS)多元校正模型,则验证集样品均方根预测误差(RMSEP)为664.47 mg·dL-1。而训练集和验证集样品经过傅里叶滤波预处理之后分别进行PLS建模和预测,验证集样品均方根预测误差(RMSEP)降低为58.43 mg·dL-1,样品预测值与参考值的相关性也得到提高。可见,采用数字傅里叶滤波预处理方法可以提高多元校正模型的稳健性。     

近红外光谱温度修正定量分析模型的研究

以小麦粉末样品为实验材料,研究了环境温度对近红外光谱定量分析结果的影响。将环境温度作为外部变量,使用不同温度下的45个样品建立了测定小麦蛋白质含量的温度修正模型,预测不同温度下的小麦样品的蛋白质含量,结果同以22 ℃恒温下45个样品建立的模型进行了比较。分析结果表明：温度修正模型的预测标准差(SEP)平均为0.333,而恒温模型(22 ℃)的预测标准差随着环境温度与建模时温度差的增大而增大,当环境温度4 ℃时,SEP=0.601 6。温度修正模型可以有效的提高近红外光谱定量分析精度。     

基于溶液温度差谱分析的ATR-FTIR原位测量方法

作为一种原位、快速、无损坏的中红外光谱分析技术,ATR-FTIR已在很多工程领域得到越来越多的应用,尤其是针对结晶过程溶液浓度的原位实时测量。水是一种常用的结晶溶剂,在中红外波段具有强吸收峰,并且在不同温度下具有光谱吸收差异性,因而不能忽略溶剂水和温度对溶液浓度的中红外光谱测量带来的影响。以朗伯-比尔定律为基础,提出采用溶液光谱减去相应温度下的溶剂光谱的方法,从而能准确地测量溶液浓度。以L-谷氨酸溶液结晶过程为例,对L-谷氨酸水溶液的原始光谱数据、溶液光谱扣除常温(25℃)溶剂水的光谱数据以及溶液光谱对应温度扣除溶剂水的光谱数据分别进行建模。结果表明,提出的对应温度差谱法能有效消除溶剂水峰对溶质光谱测量的干扰,明显地降低了溶液浓度光谱标定模型的预测误差。该方法对提高原位ATR-FTIR光谱检测精度的实际应用具有一定的参考价值。     

基于中等浓度样品参考测量的近红外光谱检测方法

为了改善近红外(NIR)光谱测量精度,提出了以中等浓度样品作为参考物的测量方案。从理论上分析了扣除参考背景后吸光度的误差来源,发现以中等浓度样品作为参考物有可能减小样品池和光纤损耗导致的测量误差。以葡萄糖为分析对象,开展了葡萄糖水溶液和3%Intralipid仿体溶液的近红外透射验证实验。在糖水溶液的双光路实验中,以中等糖浓度样品作为参考物建立的偏最小二乘(PLS)模型的校正均方根误差(fRMSEC)和交互验证均方根误差(fRMSECV)比纯水背景分别下降了36.6%和41.0%;而仿体实验中,以中等糖浓度样品作为参考物时,模型的校正均方根误差和交互验证均方根误差比无糖3%Intralipid溶液作为参考物时分别下降了66.3%和39.6%。实验结果表明以中等浓度样品作为参考物能有效提高近红外透射光谱的分析精度。     

氯盐溶液近红外光谱分析研究

氯盐近红外光谱分析在生物医学上有着十分重要的意义。在室温下对氯化钠,氯化钾,氯化钙水溶液的近红外光谱采集分析表明,氯盐溶液浓度的变化会影响水分子的氢键而使得水溶液的近红外光谱发生变化。通过选择合理波长区间以及温度变化影响为零的波长点(等吸光点),减小温度的干扰对溶液近红外光谱影响,采用偏最小二乘法建立了氯盐溶液的浓度模型用于预测氯盐的离子浓度。分析氯盐溶液中氯盐阳离子的离子半径大小、离子电荷数和离子在水中络合效应等因素对水的近红外光谱所造成的影响以及产生影响因素的原因。实验结果表明,温度和浓度都会影响溶液的近红外光谱,氯盐溶液浓度较低时,温度的影响占主导地位;氯盐浓度高时,浓度的影响占主导地位。氯盐在水溶液中形成络合物,并与氯盐阳离子共同作用对水的氢键产生影响,对于浓度相同种类不同的氯盐溶液, 形成的络合物和阳离子破坏效应对水的氢键的破坏作用为: CaCl₂>NaCl>KCl。最终建立的样品浓度模型校正集的决定系数(R2)=99.97%,交叉验证均方误差(RMSECV)=4.51,剩余预测偏差(RPD)=62.7,满足日常生化检测精度要求。     

LiB3O5晶体高温拉曼光谱研究

研究了LiB₃O₅晶体在不同温度下(在300—1173K的温度范围)的拉曼光谱,分析了LBO晶体结构随温度变化的规律.随着温度的升高,LBO晶体的拉曼光谱谱峰都不同程度地向低波数方向移动,也存在不同程度的展宽,同时强度减弱.发现晶体在1100K存在明显相变,与LBO晶体的相图给出的1107K的相变温度基本相符. 关键词： 3O₅晶体')" href="#">LiB₃O₅晶体 高温拉曼光谱 相变     

荧光光谱研究含1,5取代萘刚性生色基双分子膜的相变

用荧光光谱研究了系列双亲物ＣｎＮａｐｈ（１,５）Ｃ６Ｎ＋（ｎ＝１６,１２,１０,８,６和４）聚集体的热致相变,发现荧光强度随温度升高发生了急剧变化,归因于聚集体从凝胶态到液晶态的相变。实验结果表明,尾链长短直接影响聚集体结构和相变温度Ｔｃ高低：尾链长,聚集体堆积密度大,荧光强度强,Ｔｃ高;反之亦反。荧光光谱的实验结果与透射电镜和ＤＳＣ研究结果一致。     

温度对光系统Ⅱ中色素分子取向的影响

利用类囊体溶液的激发光谱和偏振荧光光谱,研究了温度对光系统Ⅱ(photosystemⅡ, PSⅡ)中色素分子取向的影响。激发光谱表明在15～45 ℃范围内,随着温度的升高,叶绿素a对应的吸收峰发生红移,激发谱强度在35 ℃达到最大,65和75 ℃时大大减弱。类囊体溶液的偏振荧光光谱中,荧光峰位在15～45 ℃范围内始终保持不变,计算得到的荧光偏振度随着温度的升高而增加。分析表明温度通过影响光系统Ⅱ内色素之间以及色素蛋白之间的相互作用,改变色素排列方向,调节光合作用效率。结果可为研究光合过程能量吸收与传递、光合保护以及太阳能电池材料等方面提供参考。     

Cr^4＋：YAG,Cr^4＋：Mg2SiO4近红外荧光辐射温度特性研究

测量了Ｃｒ＾４＋，ＹＡＧ、Ｃｒ＾４＋，Ｍｇ２ＳｉＯ４晶体在室温和液氮温度下的荧光光谱，吸收光谱和激发态寿命，讨论了温度变化时，两种晶体中Ｃｒ＾４＋近红外辐射积分强度变化与激光发态寿命变化的关系，得出结论：在７７Ｋ￣３００Ｋ范围内，Ｃｒ＾４＋的＾３Ｔ２能级荧光辐射截面本身受温度影响不大，Ｃｒ＾４＋辐射荧光的变化，主要是由无辐射弛豫速率随温度变化而引起的。     

BSO晶体及生长固/液边界层的拉曼光谱分析

测量了 BSO晶体在常温和高温下宏观拉曼光谱 ,据此分析晶体结构在高温下的变化规律 ,详细实时地测量了晶体在熔化和生长过程中 ,固 /液边界层以及边界层两侧的晶体和熔体的显微拉曼光谱 ,分析得出该晶体生长边界层内的结构特征 ,以及生长基元结构从熔体结构经边界层过渡到晶体结构的变化过程     

固体和熔融亚硝酸钠的Raman光谱研究

用高温共焦显微激光Raman光谱仪测定了不同温度下固体和熔融状态的亚硝酸钠的拉曼光谱图,获得了有关固体和熔态NaNO2的结构信息,分析了NaNO2熔化过程中的结构变化。     

掺镱硅酸盐玻璃的光谱性质

采用高温熔融工艺制备了掺Yb^3＋硅酸盐玻璃。测试了玻璃的吸收光谱和荧光光谱,计算并分析了Yb^3＋离子在975nm附近的吸收截面和积分吸收截面随掺杂浓度的变化趋势。玻璃光谱曲线表明：吸收主峰位于975nm,在900—960nm范围内有一个弥散的吸收峰,中心波长为930nm;荧光主峰位于975nm,荧光次峰位于1010nm。综合其性能表明实验中硅酸盐玻璃的最佳Yb^3＋掺杂浓度为4mol%。     

磷酸钠结构的高温拉曼光谱研究

用高温拉曼光谱仪测定了固态和熔融态磷酸钠(Na3PO4)晶体的光谱,分析了磷酸钠晶体的结构及其随温度的变化。通过对从常温谱到高温谱的解析,得出主峰波数随温度的变化及主峰半高宽的变化,可以观察到在600 K附近及1773 K有两个相变产生。此外,磷酸钠晶体的相关高温DSC检测分析,也和拉曼谱中发现的两个相变符合。量子化学理论计算同时对该体系的P-O键振动和平均键长进行了模拟,随着键长的增加,对应的振动频率会降低。还确认了磷酸钠Raman光谱中各个峰的归属,938 cm-1波数处的峰属于(PO4)3-中P-O键的对称伸缩振动,是Na3PO4的特征峰,425及580 cm-1处峰属于磷氧四面体的弯曲振动。     

Bi4Ge3O12晶体及其熔体结构的高温拉曼光谱研究

研究了BGO晶体在不同温度下(在300—1323 K的温度范围)的拉曼光谱及其熔体的高温拉曼光谱，分析了BGO晶体结构随温度变化的规律及BGO熔体的结构特征.随着温度的升高，BGO晶体的拉曼光谱谱峰都不同程度地向低波数方向移动，也存在不同程度的展宽，同时强度减弱.另外，在BGO熔体中存在［GeO₄］和［BiO₆］的结构基团；但两种结构之间的联键消失，即在熔体中二者是相互独立的生长基元. 关键词： 高温拉曼光谱 熔体 BGO晶体     

Tm~(3+)掺杂的LaOF和SiO_2纳米体系中荧光光谱温度特性的研究

研究了不同环境温度下晶体LaOF和非晶体SiO2纳米体系中掺杂Tm3+离子的荧光光谱.结果表明,在20~300 K的温度范围内,荧光谱线的宽度、强度以及谱线位置均随温度的升高而变化.发光离子的局域环境直接影响荧光光谱对环境温度的依赖程度:SiO2中发光离子的荧光寿命受温度影响较小,而位于晶相环境LaOF中离子的荧光寿命...