[发明专利]一种基于红外光谱成像的液态样品的分子间相互作用表征方法

权利要求书

1.一种基于红外光谱成像的液态样品的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用薄膜负载待检测液体，干燥后，得到待测物，通过显微红外光谱仪，获取待测物的载体上待测样品的面红外光谱数据；

2)通过对待测样品的面红外光谱数据进行多组分分解，再结合相对浓度的空间分布，利用残差二维插值法，计算得到基线分布，再扣除基线，对光谱进行优化；

所述结合相对浓度的空间分布具体为，对每个像素点，计算其在浓度空间的位置到原点的欧几里得距离，再得到所有像素点欧几里得距离的中位数距离，将小于中位数距离的点归类为基线所属；

所述残差二维插值法具体为，根据基线属性的样点作自然临近内插，对外围点作e指数为权重的外插，外插得到的基线值；

所述优化的具体过程包括，对原面红外光谱数据扣除基线处理后，进行第二次多组分数据分解，同样得到浓度分布；

以n组分浓度为坐标绘制各点在n维空间的分布，依据各点对各坐标轴的夹角归类；挑选小角度点作为对应组分代表，对其残差强度和浓度值进行基于最小二乘法的回归分析，依据斜率、拟合优度值和迭代步长，去修正光谱数据；

3)迭代步骤2)，直至光谱稳定，得到待测物样品中各组分的修正光谱和残差；

所述步骤3)后，还包括可视化处理步骤；

通过可视化处理，研究液态样品中各组分之间的相互作用是否发生和/或相互作用的发生机理。

2.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述薄膜包括超薄薄膜；

所述薄膜的厚度为0.1～50μm；

所述薄膜包括聚合物薄膜和/或无机物薄膜；

所述待测样品包括多组分的待测样品。

3.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述干燥的方法包括冷冻干燥；

所述显微红外光谱仪的面红外扫描模式包括液氮冷冻条件下的红外透射模式；

所述多组分分解中，使用非负最小二乘法去拟合光谱曲线。

4.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述多组分分解后，得到分解完全的各组分二维浓度矩阵和三维残差矩阵；

所述二维浓度矩阵作为数据点分类的依据；

所述三维残差矩阵中包含了相互作用的信息。

5.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述迭代具体为，将多组分分解、结合相对浓度的空间分布进行残差二维插值得到基线分布、扣除基线后再分解以及对光谱进行优化，四个步骤反复迭代，直至光谱稳定；

所述光谱稳定具体为，达到最大迭代次数或迭代前后的光谱差异度量值小于等于迭代阈值；

所述最大迭代次数为10～100次；

所述迭代阈值为10^-3～10^-6。

6.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括以下步骤：

21)调取数据库中的纯组分的初始光谱，利用非负最小二乘法，将面红外光谱数据进行多组分分解，得到不同像素处对应的各组分浓度值；

22)对上述步骤得到的同像素处对应的各组分浓度值，求取相应的欧几里得距离，然后得到所有欧几里得距离的中位数值，依据该中位数值进行归类，对于欧几里得距离小于该中位数值的像素点，被归为基线插值样点；

通过对上述基线插值样点的分解残差逐波数进行插值，得到整个样品平面上的光谱基线；

23)对面红外光谱数据去除上述步骤得到的光谱基线后，进行第二次数据分解，同样得到浓度分布；

以n组分浓度为坐标绘制各点在n维空间的分布，依据各点对各坐标轴的夹角归类；挑选小角度点作为对应组分代表，对其残差和浓度值进行回归分析，依据斜率、拟合优度值和迭代步长修正光谱；

所述小角度点的阈值小于等于π/4。

7.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述可视化处理包括通过颜色标度映射图进行可视化处理；

所述研究的方式包括，根据颜色标度映射图判断是否存在或存在几种相互作用；

和/或，选取角度范围将不同种类相互作用对应的红外光谱分离出，进行机理分析。

8.根据权利要求7所述的表征方法，其特征在于，所述可视化处理的具体步骤包括以下过程：

依据最后一次迭代得到的浓度数据，在XOY平面作C_A～C_B的点分布图，在极坐标系下重新考察每个数据点；将极角θ∈[0,π/2]作m等分，每个数据点根据其θ值归入m个角度类中，每个角度中各光谱作权重为极径值ρ的加权平均，得到残差光谱关于角度分布的颜色标度映射图；

所述m为9～180；

根据颜色标度映射图判断是否存在或存在几种相互作用，选取角度范围将不同种类相互作用对应的红外光谱分离出，进行机理分析。