提高近红外吸收光谱法复杂溶液组分浓度分析精度的研究

摘要

为了对复杂溶液中被测组分的近红外吸收光谱法定量分析精度进行预估和提高，本研究系统地分析了近红外光谱法对复杂溶液组分进行检测的数学模型，分析了误差的来源，研究了复杂溶液样品本身特性和测量分析过程引入的各种因素对近红外吸收光谱法组分浓度定量分析精度的影响，提出多种提高近红外光谱定量分析精度的方法，并通过血清中总蛋白含量检测验证了优化方法的适用范围和有效性。
　　主要研究工作如下：
　　1、从待测样品各组分的含量和光学特性的角度出发，对待测样品各组分浓度、消光系数曲线的形状和重叠程度，以及吸收系数和散射系数的大小对近红外光谱定量分析精度的影响进行分析。提出了一种与浓度分析精度有确定关系的重叠系数，对消光系数曲线的重叠程度进行度量。通过对乙醇水溶液浓度的光谱定量分析，验证了重叠系数与浓度分析精度的定量关系。
　　2、从光谱分析中测量条件的角度出发，研究光谱建模分析中光谱仪器噪声和参与建模的波长数两个因素与定量分析精度之间的关系，提出等效信噪比的概念。讨论了相同等效信噪比波段和不同信噪比波段中多波长参与建模对分析精度的影响。
　　3、研究了测量中被测组分和背景组分的浓度分布对被测组分光谱定量分析建模和预测精度的影响。分别分析了纯吸收被测组分、纯吸收背景组分、含散射被测组分和含散射背景组分在建模集和预测集中的不同浓度分布对光谱定量分析精度的影响。论文还讨论了参与建模的样品数量、样品池厚度等光谱分析测量条件对样品中被测组分浓度的定量分析精度的影响。
　　4、从获取溶液的散射信息并充分利用组分的散射特性的角度，提出使用利用平方项及高次项光谱、多光程光谱和多点分布式光谱提高光谱定量分析精度的检测方法。分析不同吸收和散射条件下各方法对被测组分浓度定量分析精度的影响。通过对血清中总蛋白浓度的定量分析，验证了建模中引入光谱平分项和高次项以及使用多光程光谱同时参与建模均可提高溶液组分定量分析精度。

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第一章 绪论

1.1复杂溶液检测的目的及意义

1.2复杂溶液检测的光谱分析方法

1.3复杂溶液的近红外光谱分析方法特点及应用

1.4近红外光谱法复杂溶液检测精度影响因素的研究意义和现状

1.5论文的主要研究内容及结构

第二章 近红外光谱定量分析的基础理论

2.1 近红外光谱定量分析的理论依据

2.2 复杂溶液近红外光谱定量分析方法

第三章 复杂溶液近红外光谱定量分析的数学模型

3.1光谱信号的数学模型

3.2近红外光谱分析中的误差来源

3.3近红外光谱定量分析的浓度检测精度分析

3.4本章小结

第四章 样品本身性质对近红外光谱定量分析精度的影响

4.1被测组分浓度对分析精度的影响

4.2消光系数曲线对分析精度的影响

4.3吸收和散射对分析精度的影响

4.4本章小结

第五章 测量条件对近红外光谱定量分析精度的影响

5.1光谱测量仪器对定量分析精度的影响

5.2波长数对定量分析精度的影响

5.3样品数对定量分析精度的影响

5.4浓度分布对定量分析精度的影响

5.5样品厚度对定量分析精度的影响

5.6本章小结

第六章 提高近红外光谱法定量分析精度的几种方法

6.1建模中引入光谱平方项及高次项

6.2多光程长测量

6.3多位置分布式测量

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文工作的总结

7.2本文的主要创新

7.3今后工作的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢