[发明专利]基于稀疏非负最小二乘的混合物拉曼光谱定性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏非负最小二乘的混合物拉曼光谱定性检测方法，涉及拉曼光谱领域，该方法将待测拉曼光谱处理为与拉曼光谱标准库中各个纯净物的拉曼光谱同一维度的列向量，然后通过求解利用待测拉曼光谱和拉曼光谱标准库构建的目标函数从拉曼光谱标准库中初步筛选出待测混合物中包括的疑似物质，然后通过稀疏非负最小二乘法计算待测混合物和疑似物质的残差，再采用双尾T检验依次计算相邻残差的显著性差异，基于显著性差异从疑似物质中二次筛选出待测混合物中包括的纯净物，实现了对未知的待测混合物的定性检测，准确率高、操作简单、快速有效。

技术领域

本发明涉及拉曼光谱领域，尤其是一种基于稀疏非负最小二乘的混合物拉曼光谱定性分析方法。

背景技术

经过三十多年的发展，拉曼光谱已成为定性和定量分析的有力工具，混合物的拉曼光谱分析由于其取样方法的简单而越来越受欢迎，这种方法可以直接从粉末、液体甚至透明容器中获得。

在混合物分析中，光谱数据中隐藏的信息量，由数百个点组成。为了得到混合物的基本信息，开发了各种化学计量、统计和数值方法对光谱数据进行处理。传统的方法是通过将混合物的光谱与标准库中每种纯物质样本的光谱依此进行峰位和峰强的匹配，从而确定混合物的成分。但是随着混合物光谱复杂度的增加，可能出现重叠峰，导致混合物的光谱与其组分的光谱相似度大大降低，并且，随着标准库中纯物质样本的增加，这种方法的检测精度会大大降低。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于稀疏非负最小二乘的混合物拉曼光谱定性分析方法，该方法检测精度高、快速有效。

本发明的技术方案如下：

一种基于稀疏非负最小二乘的混合物拉曼光谱定性检测方法，该方法包括：

建立纯净物的拉曼光谱标准库，拉曼光谱标准库中包括N种纯净物的拉曼光谱，每一种纯净物的拉曼光谱均为具有M维的列向量，M和N为正整数；

获取待测混合物的拉曼光谱并进行预处理得到待测拉曼光谱，待测拉曼光谱为具有M维的列向量；

根据拉曼光谱标准库和待测拉曼光谱建立目标函数为f(x)＝||AX-y||+λ||X||₁，其中A表示M行N列的拉曼光谱标准库，y表示待测拉曼光谱，λ为目标函数中的惩罚因子，X为系数向量且包括N个系数，N个系数构成N维的列向量，X中的系数x_i对应第i种纯净物，i为形式参数且1≤i≤N，x_i≥0；最小化目标函数得到系数向量X；

基于2δ准则从求解得到的系数向量X中的N个系数中筛选出疑似系数，确定各个疑似系数对应的纯净物为疑似物质；

将各种疑似物质的拉曼光谱与待测拉曼光谱进行最小二乘匹配，并通过双尾T检验对最小二乘匹配的结果进行检验，从而从各种疑似物质中筛选出待测混合物中包括的纯净物。

其进一步的技术方案为，将各种疑似物质的拉曼光谱与待测拉曼光谱进行最小二乘匹配，并通过双尾T检验对最小二乘匹配的结果进行检验，从而从各种疑似物质中筛选出待测混合物中包括的纯净物，包括：

对各种疑似物质按照对应的疑似系数由大到小的顺序进行排列得到疑似物质序列，疑似物质序列中共包括L个纯净物，L为正整数；

利用疑似物质序列中的第1个纯净物的拉曼光谱与待测拉曼光谱进行最小二乘匹配并计算得到第1个残差；

利用疑似物质序列中的前l个纯净物的拉曼光谱与待测拉曼光谱进行最小二乘匹配并计算得到第l个残差，l为参数，l≤L且l的起始值为1；

通过双尾T检验检测第l个残差与第l-1个残差之间是否具有显著性差异，其中，定义第0个残差为所述待测拉曼光谱；