用于复杂非均相混合物体系的准确光谱定量分析方法

摘要

本发明提供了一种用于复杂非均相混合物体系的准确光谱定量分析方法，其主要步骤为：1)在一定光谱仪和实验条件下，测得校正样本集的光谱数据X，；2)利用校正样本集光谱数据X和校正样本中相应目标化学组分的浓度矢量c来计算校正样本集中的光散射乘子效应矢量p；3)在校正样本集的光谱数据X与乘子效应矢量p、以及X与diag(c)p之间建立双校正模型：模型I和模型II；4)待测样本中目标组分的浓度可通过将模型II的预测值除以模型I的预测值得到。本发明实现了化学组分含量变化所引起的光谱贡献与样本物理性质变化所引起的光谱贡献之间的有效分离，是一种用于复杂非均相混合物体系的准确光谱定量分析方法。

主权项

1.一种用于复杂非均相混合物体系的准确光谱定量分析方法，其主要步骤为：(1)设在一定的光谱仪和实验条件下，测得校正样本集的光谱数据X；(2)利用校正样本集光谱数据X和校正样本中相应目标化学组分的浓度矢量c来计算校正样本集中由于各样本的物理性质的不同而导致的光散射乘子效应矢量p；(3)在校正样本集的光谱数据X与乘子效应矢量p、以及X与diag(c)p之间建立双校正模型，即：模型I：p=α₁1+Xβ₁；模型II：diag(c)p=α₂1+Xβ₂；其中，c为校正样本中目标组分的浓度矢量，diag(c)为一对角矩阵，其对角元素为矢量c的相应元素，α₁，β₁，α₂，β₂为校正模型参数；(4)测得未知待测样本的光谱数据x_un，然后通过将模型II的预测值除以模型I的预测值，即从而实现对未知待测样本中目标组分的浓度c_un作出准确的预测，其中，上标‘T’代表矢量转置；所述步骤（2）包括以下具体步骤：a）对X进行奇异值分解（SVD）为：$X=[U_s,U_n]\left[\begin{array}{cc}{\Sigma }_s& 0\\ 0& {\Sigma }_n\end{array}\right]{[V_s,V_n]}^T=U_s{\Sigma }_s{V_s}^T+E$其中，上标‘T’代表矩阵转置操作，U_s、U_n、V_s和V_n为经奇异值分解得到的列正交矩阵；∑_s和∑_n为经奇异值分解得到的对角矩阵，其对角元素为相应的奇异值；下标‘s’和‘n’表示相应的因子分别代表光谱信息和仪器噪声；若混合物样本中具有光谱活性的化学组分数为r，那么U_s和V_s的列数均为r；b)校正样本光谱中光散射乘子效应矢量p通过求解如下二次规划问题获得：$\underset{p}{\min }f\left(p\right)=\frac{1}{2}{p}^T((I-U_s{U}_s^T)+\mathrm{diag}(c_1/w)(I-U_s{U}_s^T)\mathrm{diag}(c_1/w))p,$满足-p≤-1其中I为一单位矩阵，其阶数与相同；w是为平衡上式两部分的相应贡献而引进的权重参数，将该值设置为浓度矢量c中所有元素的最大值，即max(c)；上述二次规划问题可在MATLAB编程语言环境中通过quadprog函数命令求解。