[发明专利]多组分体系拉曼光谱的不同步褪色荧光消除方法

说明书

一种多组分体系拉曼光谱的不同步褪色荧光消除方法，涉及一种拉曼光谱中消除荧光的方法，该方法是将多点多次的测量光谱构成多维数组输入ICA计算，求出最大最小值的极差，直至极差最大值出现；自动查找与拉曼信号、荧光背景信号对应IC分量，将与荧光背景信号对应IC分量清零后的IC分量作为新的系列IC分量与混合矩阵A相乘，重构出去除荧光背景后的各点各次的拉曼光谱，实现荧光消除。本发明可避免出现过分辨或欠分辨的现象，可实现拉曼信号和荧光背景两类信号的区分，能得到与真实拉曼信号一致的输出，适用于多组分、不均匀、荧光不同步体系中消除拉曼光谱中荧光和背景光的干扰，易于推广使用。

技术领域

本发明涉及一种拉曼光谱中消除荧光的方法，特别是一种组成变化的多组分体系拉曼光谱的不同步褪色荧光消除方法。

背景技术

包含多种成分的固体物料，其组成往往不均匀。对于这类多组分固体的拉曼光谱测量，不均匀性和荧光都是重要的干扰。

在现有技术中，往往都是提出针对具体单点，样本组成可视为不变化，以避免不均匀性导致问题复杂，然后利用荧光随照射时间减弱的褪色效应，进一步将问题限制在体系荧光来源单一的情况下，提出微小时间内的荧光强度随时间同步减弱，找出荧光褪色微元后，再通过逆差分找出体系所含荧光后，信号中荧光得以消除。这种方法回避了样本的不均匀性，对于单点测量是合理和可接受的；但是，对于固体物料多点扫描测量或者连续测量，多次定点测量获取荧光褪色序列的方法，将会显著增加测量时间，而且在持续测量时，受激光热效应影响，物料表面会发生塌陷等变化，也无法回避不均匀性的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对多组分、不均匀、荧光不同步体系中消除拉曼光谱中荧光和背景光干扰的问题，提供一种多组分体系拉曼光谱的不同步褪色荧光消除方法。

本发明的原理如下：

由于实际体系的拉曼光谱测量包含了各个组分自身的拉曼光谱、随机噪声、多来源的荧光、环境和样品散射等多重信号，从信号频率上，按照高频随机信号、拉曼信号、环境散射、荧光逐次降低。而ICA对于频率差异大的不同源信号，有较好的分离能力，可以将低频的环境光和荧光，按照较好的准确度分离开来；但是，多组分体系中各组分拉曼信号频率相近，ICA难以准确对应分离；如果直接采用ICA分离输出，无法得到正确结果；同时，还需要考虑源信号数量判断、ICA随机输出等问题。本发明针对不同步荧光，提出了通过盲信号识别之独立分量分析（ICA，Independent Component Analysis）方法，找出有效拉曼信号，解决荧光干扰问题的方法；主要创新在于建立了输入准确源信号数目的方法，解决了ICA过分辨或欠分辨使得输出结果错误问题，另外，还提出了解决ICA输出的幅度和相位不确定性方法，得到了与真实拉曼信号一致的输出。

本发明的技术方案是：一种多组分体系拉曼光谱的不同步褪色荧光消除方法，该方法是将多点多次的测量光谱构成多维数组输入ICA计算，求出最大最小值的极差，直至极差最大值出现；自动查找与拉曼信号、荧光背景信号对应IC分量，将与荧光背景信号对应IC分量清零后的IC分量作为新的系列IC分量与混合矩阵A相乘，重构出去除荧光背景后的各点各次的拉曼光谱，实现荧光消除。

本发明的进一步技术方案是：该方法包括以下步骤：

S1.样本的光谱测量；

S2.ICA计算：

将多点多次的测量光谱构成多维数组输入ICA计算，体系源信号数量从2开始计算，IC输出后，再计算各熵值，求出最大值和最小值的极差；增加源信号数量继续求取极差，至熵的极差最大值出现，停止计算；将极差最大值所对应的ICA结果——系列IC分量和混合矩阵A，作为最佳的拉曼与荧光背景的ICA分离结果；

S3.自动查找与拉曼信号、荧光背景信号对应IC分量