发布时间:2019-10-29 17:41 原文链接: 近红外光谱数据分析方法的研究进展

光谱的预处理方面,目前常用的方法有:平滑、多元散射校正 (MSC)、傅里叶变换(FT)、小波变换(WT)等。


小波变换是近几年发展起来的一种数据处理技术,它比较稳定,具有局部性质。


模型优化方法主要包括偏最小二乘法 (PLS)、拓扑学方法、人工神经网络 (ANN)、支持向量机 (SVM) 等。


蚁群算法是新近发展起来的基于群体智能的仿生优化算法。SVM可以减少结构风险和机会风险,是目前理论应用工作者的研究重点。


近红外光谱 (NIR) 分析技术是近年来迅猛发展起来的一种快速检测技术,具有无需预处理,速度快、无污染、无破坏、多成分同时分析、结果重演性高、适于在线分析等优点。


随着现代电子、光谱分析、计算机和化学计量等技术的发展,使得 NIR 分析技术日趋完善,促进该技术在农业食品工业、化工行业和医药行业等领域的应用。


在农业方面,当传统的质量检测技术难以适应生产需要时,这种新型的质量检测方法受到越来越多的关注,但是其信噪比低、波动性大,背景复杂、谱峰重叠等特点,使得光谱数据处理方法的选择对所建模型的有效性、适应性和稳定性具有重要的意义。因此,众多学者开展了相关数据处理方法的研究。


本文分析了近红外光谱分析技术的特点,总结了其在异常值剔除、噪声消除、波长选择等数据预处理和定性定量分析方法的改进和新算法的应用。


近红外光谱分析技术的特点

近红外光谱属于红外光谱,美国材料检测协会(ASTM) 定义其波长范围为 780~2 526 nm,波数范围为 12 820~3 959 cm-1


红外光谱还包括中红外和远红外,均介于可见光和微波之间,肉眼无法观察到它们的存在。不同的红外光谱具有不同的特性:近红外光线具有较强的穿透能力,而远红外则有良好的加热特性。


在近红外光谱区产生吸收的官能团主要是含氢基团,包括:C- H(甲基、亚甲基、芳基、羧基等)、氨基N-H、羟基O-H、硫基S-H等。近红外光谱主要是有机分子的倍频与合频吸收光谱,与中红外光


一样,该谱区也能够得到分子的结构、组成、状态的信息,而且从近红外反射光谱还能得到样品的密度、粒度、高分子物的聚合度及纤维的直径等物质的物理状态信息。近红外光谱的上述特征,赋予了它有别于其他红外光谱的一些独特魅力。


如样品不需进行任何预处理,即可做多组检测;除液体、气体、固体样品外,还可检测粉末状、纤维状、糊状、肉类、乳类等形式的样品。


由于近红外谱区的信息量十分丰富,作为一种高效、快速、成本低、无污染、不破坏样品化学性质、绿色环保的分析方法,它可用于实验室分析、现场分析及在线分析。


光谱预处理的研究进展

近红外光谱分析的预处理包括 3 个方面:


  • 剔除异常样品;


  • 消除光谱噪声和其他谱图不规则因素的影响,如消除随机噪声、样品背景的干扰、光程的变化、测样器件引起光谱的差异等因素对校正结果产生的影响;


  • 优化光谱范围,净化谱图信息。目前常用的光谱预处理方法有:平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、傅里叶变换(FT)、小波变换(WT)、正交信号校正(OSC)、净分析信号(NAS) 等。


剔除异常样品