小波變換下紅外光譜法定量分析水溶液成分的算法研究.pdf

1、隨著生活水平的提高和社會需求的增加，人們對檢測技術(shù)提出了更高的要求，希望檢測技術(shù)能夠方便、快捷、準(zhǔn)確，且達到綠色環(huán)保、低碳等眾多要求。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的化學(xué)檢測技術(shù)手段之一。它憑借快速、能夠?qū)ξ镔|(zhì)中多組分含量進行同時分析、無污染、且不會對被測物質(zhì)造成損傷等眾多優(yōu)點，在食品、醫(yī)療、石油化工等生產(chǎn)領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，并且不少基于紅外光譜技術(shù)的檢測標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展成為該行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，上述的分析對象多是固態(tài)物質(zhì)，

2、而對于液態(tài)物質(zhì)，特別是混合液態(tài)物質(zhì)，一直是傅里葉變換紅外光譜技術(shù)的檢測難點，也是眾多學(xué)者們研究的熱點。
　　 本文作為對混合溶液定性定量分析課題的一個子課題，以乙醇水溶液為例，對紅外光譜技術(shù)中定量分析混合水溶液問題進行了深入的探討。文章首先介紹了紅外光譜法定量分析的理論基礎(chǔ)：朗伯-比爾定律，即在理想狀態(tài)下，混合物的吸光度等于各組分吸光度的疊加之和。但是，對于混合溶液而言，有許多客觀存在的因素會對朗伯-比爾定律的結(jié)果產(chǎn)生影響，本文

3、分析了干擾朗伯-比爾定律的四個因素，并針對其中的化學(xué)誤差和噪聲影響兩個因素展開了討論。同時，純水的吸光度光譜圖有著自己獨有的特性，其在3400cm-1附近有著既強又寬的吸收峰，會掩蓋溶質(zhì)的吸收峰，導(dǎo)致定量分析結(jié)果出現(xiàn)誤差。并且，混合水溶液中水與組分之間會發(fā)生水合作用，使得混合物中各組分的吸光度譜圖與純組分譜圖相比，會發(fā)生一定程度的形變。這些因素使得紅外光譜技術(shù)中常見的定量分析方法對混合水溶液的定量分析效果不是十分理想。
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4、波變換是近些年來快速發(fā)展起來的一個新的數(shù)學(xué)分支，小波變換通過小波函數(shù)的運用，可以對信號在時域和頻域上同時進行分析，并且小波變換的多尺度刻畫（多分辨率）特性可以有效地提高信號的分辨率。本文中，在現(xiàn)有紅外光譜技術(shù)定量分析方法的基礎(chǔ)上，作者從問題的兩個角度討論和分析了提高定量分析乙醇水溶液中乙醇含量的精確度和魯棒性的算法。一是利用連續(xù)小波變換的線性和多分辨率特性，對現(xiàn)有定量分析算法進行了改進，線性保證了朗伯-比爾定律經(jīng)過連續(xù)小波變換后依然成立

5、，并且經(jīng)過連續(xù)小波小波后的水溶液的強寬峰會遠小于其他的吸收峰，降低了強寬峰對定量分析結(jié)果的干擾，另外多分辨率特性在多個尺度上的刻畫，可以在一定程度上降低形變對定量分析結(jié)果的干擾。經(jīng)過試驗驗證，發(fā)現(xiàn)改進后的算法確實提高了定量分析結(jié)果的精度和魯棒性。二是利用小波去噪方面的特性，對紅外光譜吸光度譜圖進行前期去噪處理，再使用目前應(yīng)用較廣泛的偏最小二乘方法定量分析水溶液成分。經(jīng)過試驗驗證，發(fā)現(xiàn)小波去噪確實可以在一定程度上提高定量分析結(jié)果的精確度和