傅里葉變換紅外光譜定性識(shí)別分析方法研究.pdf

1、傅里葉變換紅外（FT-IR: Fourier Transform Infrared）光譜技術(shù)在復(fù)雜、痕量多組分氣體的定量分析中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，發(fā)展了各種基于FT-IR光譜的組分高精度定量分析方法。通常，在采用FT-IR光譜進(jìn)行定量分析之前，需要對(duì)光譜進(jìn)行定性分析。傳統(tǒng)方法采用一定的輔助手段，例如GC-MS等。當(dāng)然，也有直接采用FT-IR光譜進(jìn)行定性分析的方法。目前現(xiàn)有的FT-IR光譜定性分析方法存在定性識(shí)別效果差、不能進(jìn)行實(shí)時(shí)

2、在線分析等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致FT-IR光譜分析技術(shù)在很多應(yīng)用場(chǎng)景受到限制。最典型的應(yīng)用場(chǎng)景就是采用FT-IR光譜技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)化工園區(qū)的污染排放，由于無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)在線定性分析，往往采集到的FT-IR光譜需要經(jīng)過(guò)事后的定性分析，再來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的定量分析。這樣就無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控化工園區(qū)的排放情況。同樣的，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，例如藥品生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)某些成分或原料進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，也需要用到快速的FT-IR光譜定性識(shí)別分析技術(shù)。
　　實(shí)際上，關(guān)于

3、FT-IR光譜定性識(shí)別分析技術(shù)一直沒(méi)有很大的實(shí)質(zhì)性突破。在采用FT-IR光譜進(jìn)行定性識(shí)別分析時(shí)需要進(jìn)行有很多假設(shè)和前提條件，例如，很少有FT-IR光譜定性分析識(shí)別方法考慮到FT-IR光譜的非線性效應(yīng)，而是直接采用FT-IR光譜的依據(jù)比爾郎伯定律而來(lái)的線性模型。這使得現(xiàn)有的FT-IR光譜定性識(shí)別分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中受到種種限制。
　　鑒于此，本文分別從FT-IR光譜的線性模型以及非線性模型出發(fā)，分別發(fā)展了基于變量選擇方法的FT-IR

4、光譜定性識(shí)別分析模型以及基于遺傳算法和非線性最小二乘擬合算法的FT-IR光譜定性識(shí)別分析模型。
　　本文首先介紹了近年來(lái)發(fā)展的變量選擇方法，分別結(jié)合多種變量選擇技術(shù)以及變量選擇準(zhǔn)則，構(gòu)建了FT-IR光譜的定性識(shí)別分析模型。并從推薦系統(tǒng)的角度對(duì)基于變量選擇方法的FT-IR光譜的定性識(shí)別分析模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的研究，對(duì)FT-IR光譜的定性識(shí)別分析模型進(jìn)行了改進(jìn)研究。最后進(jìn)行了幾組實(shí)際數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)FT-IR光譜定性識(shí)別分析模型進(jìn)

5、行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于變量選擇方法的FT-IR光譜定性識(shí)別分析模型是一種有效的模型。
　　接著本文發(fā)展了基于FT-IR光譜的非線性生成模型，并采用非線性最小二乘擬合算法，對(duì)模型進(jìn)行求解。結(jié)合遺傳算法，發(fā)展了基于遺傳算法以及非線性最小二乘擬合算法的FT-IR光譜的定性識(shí)別分析模型。并從模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)FT-IR光譜進(jìn)行定性識(shí)別分析研究。進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，研究了不同噪聲情況下定性識(shí)別分析模型的定性識(shí)別分析效果。采用遺傳算法以及非線性最小

6、二乘擬合方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)驗(yàn)的定性識(shí)別分析結(jié)果進(jìn)行分析，提出了一點(diǎn)改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)型模型進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明基于遺傳算法以及非線性最小二乘擬合方法的FT-IR光譜定性識(shí)別分析方法是一種有效的FT-IR光譜定性識(shí)別分析方法?？紤]到遺傳算法是一種隨機(jī)搜索算法，最后對(duì)定性識(shí)別分析方法從實(shí)驗(yàn)角度進(jìn)行了重復(fù)性驗(yàn)證。
　　最后開(kāi)展了模擬外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，并采用本文提出的兩種FT-IR光譜定性識(shí)別分析方法對(duì)