复杂体系拉曼光谱定量分析中的多尺度建模方法

摘要

对复杂体系中的多组分进行快速无损检测，一直是生物医学领域所面临的挑战之一。在各种检测技术中，拉曼光谱技术以其特有的高灵敏、高速、无损检测等优点，成为众多领域最优选的信息源头科技之一。然而对复杂体系的拉曼光谱信号进行分析时，其分析结果不仅取决于待测组分浓度，还受光谱干扰、非线性效应、样品波动性等因素的影响。此外，拉曼光谱信号还受荧光的巨大干扰，相关干扰因素的叠加使得拉曼光谱信号解析难度远远超过其它光谱技术，导致了近年来拉曼光谱定量分析技术停滞不前。因此，迫切需要发展新型算法，以准确提取拉曼光谱中的微弱非线性本征信息，进而实现对复杂体系多组分的快速无损检测。
　　本文拟发展多尺度建模新方法，尝试从复杂、变动的拉曼光谱信号中准确提取微量成分信息，进而解决拉曼光谱技术中建模困难的问题。为验证算法的有效性，我们将算法应用于血清常规成分分析和玉米光谱模型的传递，结果表明，多尺度建模方法显著提高了光谱分析精度以及稳健性，不仅适用于拉曼光谱数据处理，还适用于近红外数据处理，说明该方法具备良好的自适应性。围绕复杂体系光谱数据的多尺度建模，论文研究分成以下几个部分：
　　1.综述了国内外研究现状，以复杂体系分析为背景，详细阐述了定量分析方法的重要性，并对拉曼光谱检测以及多尺度建模技术进行综述，提出两者结合的优势。
　　2.详细分析多尺度建模技术的基本概念与原理，并深入探讨拉曼光谱的信号特征，明确多尺度建模技术与拉曼光谱信号之间的契合点，从理论上阐述了多尺度建模的具体流程，明确其在拉曼光谱分析中的优缺点，进而为后续应用提供理论支撑。
　　3.深入探讨多尺度建模对模型本身的改善作用。使用本实验室自主搭建的拉曼光谱检测平台，收集血清拉曼光谱。然后应用多尺度建模方法对血清中10常用检测成分进行定量分析，并对建模结果进行评价。
　　4.明确多尺度建模在模型传递中的应用。建立基于多尺度建模的模型传递新方法，对3台不同仪器的玉米光谱进行模型传递，并对传递结果进行评价。
　　上述研究表明，多尺度建模方法可充分利用光谱信号的时/频多尺度特性，实现数据预处理与多元校正的一体化运算以避免重要信息丢失，具备高度自适应特征。本文成功将其应用于血清常规成分分析以及模型传递中，并取得了良好的效果，具有广阔的应用前景，将其与拉曼光谱等分析技术相结合，有望成为复杂体系多组分无损快速检测提供一种新手段、新方法。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文工作

第二章 多尺度建模基本概念与原理

2.1引言

2.2定量分析方法简述

2.3小波变换

2.4多尺度建模

第三章 多尺度建模在血清常规成分分析中的应用

3.1引言

3.2自制拉曼光谱收集装置

3.3实验操作与数据分析

3.4基于多尺度建模的模型建立

第四章 多尺度建模在模型传递中的应用

4.1引言

4.2模型传递

4.3基于多尺度建模的模型传递新方法

4.4小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢