拉曼光譜傳遞與定量分析技術研究及其工業(yè)應用.pdf

1、拉曼光譜技術是一種重要的分析手段，正在得到越來越廣泛的應用。本文對拉曼光譜的標準化以及不同儀器之間的傳遞進行了深入研究，對傳統(tǒng)定量分析方法進行了改進，相關研究成果被應用于分體式在線拉曼分析儀的數(shù)據(jù)分析軟件。本文主要研究內容包括:
　　 (1)色散型拉曼光譜儀容易受到環(huán)境溫度的影響，使測得的光譜重復性交差，產生波數(shù)漂移以及分辨率變化的現(xiàn)象。為此，本文提出了一種基于高斯函數(shù)卷積的光譜校正方法。該方法利用標準物質獲得光譜儀在不同溫度下

2、的儀器響應函數(shù)，并以此構造高斯函數(shù)，通過卷積運算對溫度造成的波數(shù)漂移以及分辨率變化進行校正。該方法直接基于拉曼譜分析，機理性強，無需選擇一組傳遞樣本。實驗結果表明，該方法能有效去除溫度對色散型拉曼光譜儀的影響，使得不同溫度下測得的光譜一致性大幅提高。
　　 (2)本文研究了基于儀器信號響應函數(shù)的拉曼光譜傳遞，提出了一個將拉曼光譜從高分辨率傳遞至低分辨率光譜儀的簡便方法。該方法無需選擇一組有代表性的樣本建立統(tǒng)計模型，只需構建一個高

3、斯函數(shù)進行卷積運算，就能消除源機與目標機在分辨率上的區(qū)別;同時，結合現(xiàn)有的波數(shù)校正方法與相對拉曼強度校正方法，即可實現(xiàn)拉曼光譜的傳遞。實驗結果表明，該方法借助于校正光源與標準熒光片，就能較好的實現(xiàn)拉曼光譜在一臺儀器上或者不同儀器之間的傳遞。
　　 (3)為了實現(xiàn)拉曼數(shù)據(jù)庫在不同儀器之間的應用，本文提出了一種基于分段直接標準化(PDS)的拉曼光譜傳遞方法。該方法無需對光譜儀信號響應進行機理分析，只要通過少數(shù)傳遞樣本建立統(tǒng)計模型，就

4、能獲得不同儀器間的拉曼光譜轉換系數(shù)。對于傳遞樣本的選擇，使用了基于馬氏距離的Kennard-Stone樣本選擇方法。實驗將離線分析儀測得的汽油樣本光譜傳遞至在線分析儀上，建立了辛烷值(RON)的拉曼分析模型。結果表明，傳遞模型達到了與重建模型相近的性能，基于PDS的拉曼光譜傳遞方法具有實際應用價值。
　　 (4)針對常用軟建模、硬建模方法的各自局限，本文提出了一種基于拉曼光譜合成的定量分析方法。該方法利用各組分光譜的線性疊加擬合

5、混合物的拉曼光譜，并以此計算組分的濃度。建立定量模型時無需獲得大量真實樣本，計算方便，適合于工藝穩(wěn)定、變化緩慢的分析對象。將拉曼光譜合成模型應用于甲醇汽油的甲醇含量分析，并與PLS方法進行了比較。結果表明，在建模樣本數(shù)量有限時，拉曼光譜合成模型的整體預測性能與PLS模型接近，但在外推時具有更低的風險。
　　 (5)本文介紹了一種基于拉曼光譜的在線分析儀表，適用于甲醇汽油的調和過程。在線分析儀的主機安置于遠離現(xiàn)場的操作室，利用長光