基于平行因子分析法的茶叶三维荧光光谱研究

摘要

荧光是物质吸光之后所发射的比激发光波长更长的光。每一种荧光物质都有自己的特征荧光谱，据此可以定性鉴别被测物原成分；在一定条件下激发荧光物质稀溶液，当液层厚度不变时，其荧光强度和溶液浓度成正比，由此可做物质的定量分析。荧光光谱分析法灵敏度比紫外-可见分光光度法高2-3个数量级，工作曲线线性范围宽，是一种重要的痕量分析方法。
　　茶叶是重要的大众饮品，对身体健康有很多好处。茶叶中含有丰富的营养物质，如茶多酚、氨基酸、咖啡碱、还原糖、多糖等等。茶叶的品质与它所含有的各类化学成分有直接关系。通过分析茶叶的光谱，可以了解茶叶的成分及其含量，并以此为依据，可以建立茶叶真假、品质优劣以及品种鉴定等一系列分析模型。可以从一定程度上避免现在茶叶化学测定的繁琐步骤或人工感官鉴别存在的人为误差。
　　论文首先介绍了荧光光谱分析的基本原理和国内外荧光光谱检测茶叶的发展现状。接着介绍了用于研究的荧光光谱仪的基本结构和实验平台,包括:光源、色散系统、成像系统、光电探测器等。
　　在光谱的滤波和寻峰研究中，分别用紫外光、紫光、蓝光、绿光作为激发光，测量了荧光素和叶绿素的荧光光谱，基于Matlab分别实现了多项式平滑和傅里叶滤波处理方法，对光谱信号进行处理并比较结果。研究并分析了4种寻峰算法的优缺点，最后选用高斯拟合法寻找到光谱信号的谱峰。
　　三维荧光光谱同时是激发波长和发射波长的函数，比常规的荧光分析提供更完整详细的物质荧光信息，在分析复杂混合物或同系物方面有不可比拟的优势。
　　在茶叶三维荧光光谱实验中，用F97荧光分光光度计（光谱仪）分别测定了苦丁、龙井、碧螺春、铁观音、普洱、峨眉银针六种茶叶的三维荧光光谱，在三维荧光光谱图中，瑞利和拉曼散射信号强度很大，对样本的真实荧光峰造成很大干扰，所以将三维荧光光谱数据导入matlab，编程去除瑞利和拉曼散射峰信号，真实的荧光峰显露出来。用平行因子法处理数据，比较不同因子数情况下的分析结果，当组分数为4时，残差平方和最小，4组分分别为叶绿素a、叶绿素c、茶多酚和类黄酮，确定这些组分的激发波长和发射波长的值或范围。对不同浓度碧螺春茶汤中的茶多酚含量进行作图比较，发现茶多酚的荧光强度与茶汤浓度基本成线性关系，基本实现茶叶的定量分析。

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1绪 论

1.1光学分析概论

1.2荧光原理

1.3荧光分析法

1.4混合体系

1.5国内外研究现状

1.6三维荧光谱

1.7课题提出

1.8本章小结

2荧光光谱仪及测量平台构成

2.1 荧光分度计

2.2光源

2.3单色器

2.4光学过滤器

2.5光电探测器

2.6本章小结

3光谱信号的滤波和寻峰

3.1信号滤波

3.2光谱寻峰

3.3本章小结

4光谱预处理

4.1实验介绍

4.2实验数据处理

4.3本章小结

5基于平行因子分析的光谱信号处理

5.1各类化学计量学方法

5.2平行因子分析法原理

5.3本章小结

6三维荧光光谱数据处理

6.1三维荧光光谱实验

6.2数据导入

6.3组分数的确定

6.4去除散射

6.5定量分析

6.6本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献