拉曼光譜的數(shù)學(xué)解析及其在定量分析中的應(yīng)用.pdf

1、拉曼光譜技術(shù)以其高靈敏性、快速性以及樣本無需預(yù)處理等諸多優(yōu)勢，成為非接觸式檢測領(lǐng)域中的一種關(guān)鍵技術(shù)。然而，作為一種間接性的檢測技術(shù)，拉曼定量分析系統(tǒng)的實際應(yīng)用常會遇到光譜重疊、光譜非線性變化以及訓(xùn)練樣本數(shù)量較少等問題。為此，本文在深入研究拉曼光譜分析技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，基于拉曼光譜解析建模的數(shù)學(xué)理論，針對實際問題提出了一系列創(chuàng)新性的拉曼光譜定量分析方法，具體內(nèi)容包括:
　　 1)光譜解析算法的首要任務(wù)是建立拉曼光譜的數(shù)學(xué)解析模型，

2、將拉曼光譜表示為多個Voigt峰函數(shù)的疊加形式。光譜建模的精確程度直接影響定量分析模型的準(zhǔn)確性，而這一過程往往是一個高維尋優(yōu)問題，需要同時對幾十個乃至幾百個參數(shù)進行同時尋優(yōu)，這導(dǎo)致巨大的運算開銷并有可能令優(yōu)化問題呈現(xiàn)“病態(tài)性”。為了降低優(yōu)化問題維數(shù)，提高計算效率，提出了一種快速光譜解析算法，該算法通過對峰的重疊性進行判斷，在迭代過程中大大減少了待優(yōu)化的參數(shù)數(shù)量。實驗結(jié)果表明快速解析算法與傳統(tǒng)方法相比具有運行時間短、模型精確度高等優(yōu)點。<

3、br>　　 2)針對混合溶液中不同成分的特征峰相互重疊問題，提出了一種基于Voigt譜峰函數(shù)的定量分析方法一一直接硬建模算法(Direct hard modeling)。該方法首先將混合溶液光譜解析為Voigt峰的累加和形式，然后通過對峰高與待測成分濃度之間進行相關(guān)性分析找到待測成分在混合物中的特征峰，最后利用特征峰強度與待測成分濃度之間建立線性模型。以對二甲苯(PX)裝置吸附塔進料成分的定量分析為例，進行了對比研究。實驗結(jié)果表明，與

4、傳統(tǒng)建模方法相比，該算法具有訓(xùn)練樣本數(shù)量少、回歸模型的外推性強等優(yōu)點。
　　 3)針對待測成分在混合物拉曼光譜中可能出現(xiàn)的非線性變化以及混合物中可能存在其它未知成分等復(fù)雜情況，提出了一種基于光譜解析的定量分析算法。該算法首先將待測成分的拉曼光譜表示為數(shù)學(xué)解析形式，然后通過對解析參數(shù)的調(diào)整來擬合待測成分光譜在混合物中的非線性變化。當(dāng)混合物中存在未知成分時，該算法利用多個峰函數(shù)的疊加形式對未知成分所產(chǎn)生的光譜形態(tài)進行擬合并將擬合結(jié)果