近年来,基于拉曼光谱的检测分析方法由于具有无损、非接触、无化学污染、检测时间短、检测结果准确、重复性好、适用于大多数有机和无机化合物等优点,在微生物、法医分析,鉴定可卡因和其他非法药物的滥用、食品等领域得到了广泛的应用。在利用拉曼光谱进行混合物组分的定量分析时,不同成分的光谱信号相互重叠,并且由于物质分子之间的相互作用导致它们的振动方式与纯物质相比有所不同,这给定量分析带来了很大困难。
基于混合物拉曼光谱及其各组分的关系特性,提出了一种非学习的已知混合物组分的拉曼光谱定量分析方法,解决了传统建模方法需要大量已知样本且模型不具有推广性等问题。
研究的拉曼光谱通过进行采集。其激发源为785nm 激光器,采集了乙醇、乙腈、丙酮、环己烷、二丙酮醇、丙二酸二乙酯六种纯净物的拉曼光谱。利用这6种纯净物制备了十种不同类型的三元混合物,每种混合物样本依据其组分配置九种不同的体积比,共90个样本。
由六种纯净物的拉曼光谱图 1可知,峰位主要集中于240~2000cm-1区域内,因此选择该区域作为光谱区间。在九种不同体积比下的拉曼原始光谱图,从中可以看出,拉曼光谱仪采集的原始光谱含有较强的荧光背景,为了减少荧光背景对定量分析的干扰,根据朗伯-比尔定律,拉曼光谱的谱峰峰强和所对应的体积浓度成正比例关系,可以通过混合物的谱峰峰强与其组分参考光谱的谱峰峰强之比来确定该组分的体积浓度。
在实际应用中,为了得到信噪比适当的混合物拉曼光谱数据,往往需要对拉曼光谱仪的功率或积分时间进行调整,从而导致混合物与各组分光谱测量条件的差异。为了验证算法的适应性,也对不同积分时间和功率下的混合物识别结果做了测试,5种混合物(每种混合物各9个体积浓度比),共45个样本,组分的参考光谱统一选择光源功率300mW 和积分时间 2s。六种组分的r均大于0.93,最大均方根误差为 7.94%,除了组分乙醇、乙腈的RPD值小于2.5(分别为2.1915和2.2030),其余4种组分的RPD值均接近或大于3.0,证明了该算法具有较强的鲁棒性。