文档介绍：第33卷,第2期光谱学与光谱分析 ,,pp390394
2013 年 2 月 SpectroscopyandSpectralAnalysis February,2013
基于净信号的乙醇含量拉曼光谱分析方法研究
李庆波,于超,张倩暄
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,精密光机电一体化技术教育部重点实验室,北京 100191
摘要拉曼光谱检测技术由于其快速、无损等优点可以满足工业现场测量的要求,因此已经广泛地应用
于各种定量定性的分析领域。酒精度即乙醇含量的体积比是酒类产品品质检测中的关键参数,开发乙醇含
量实时、便捷的检测系统对酒类产品生产具有重要的意义。将净信号分析方法应用于乙醇水溶液拉曼光谱
的定量分析中,将乙醇的净信号与其浓度建立一元线性回归模型。结果表明,基于净信号回归的乙醇拉曼光
谱定量分析方法,相比较于特征峰强一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型,不仅提高了模型的预测精
度,增强了模型的稳健性,便于模型传递,而且模型算法简洁、稳定,便于实现便携式仪器的开发。
关键词拉曼光谱;净信号;定量分析;乙醇水溶液
中图分类号: 文献标识码:A 犇犗犐:.10000593(2013)02039005
了建模精度及模型的稳健性。
引言
1 原理与算法
白酒是人们日常生活中的重要消费品,其主要成分是乙
醇,如何快速、准确的测定白酒中酒精度即乙醇含量是降低净信号是由以色列 Negev 核研究中心的 Avraham
成本,提高产品质量的重要因素之一。在国标测定法中,白 Lorber提出的[7]。Lorber将净信号定义为样品信息中待测成
酒酒精度采用比重法测量,其测定过程比较繁琐、费时、费分的有用组分信息,即正交于样品光谱信息中其他干扰信息
力。因此,建立乙醇含量实时、快速的无损检测系统对酒类的部分。对于样品中的某一待分析成分而言,其净信号是唯
产品生产具有重要的意义[13]。一的,不包含其他组分的干扰信息,且具有直观准确的特
拉曼光谱作为一种新的无损分析检测技术,主要应用在点。因此,物质的净信号可以进行定量分析,更加准确地描
分子结构分析、键态特征分析和定性鉴定等领域[46]。基于述光谱与被测成分浓度之间的数学关系。图1为净信号分析
拉曼光谱的定量分析主要应用在水溶液样品分析,因为拉曼的原理示意图。
散射强度与样品浓度存在关联性,并且受水分含量的影响非
常小,样品的拉曼散射信号比较强。对于乙醇含量的拉曼光
谱定量分析,目前主要集中在两种方法,一种是采用特征峰
强度进行一元线性回归;一种是利用化学计量学方法进行多
元线性回归。这两种方法都是基于光谱强度本身进行建模,
当光谱数据存在着因测量条件不同而引起的扰动误差时,模
型的稳健性比较差。
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针对拉曼光谱定量分析中测量条件变动引起的模型稳健犵狆狆狔犵
性差的问题,提出了一种基于净信号分析的建模方法,对拉
由定义可知,组分的净信号是正交于其他纯光谱所组
曼光谱进行净信号分析,得到不含任何干扰的净信号,利用犽
成的空间的信息,因此