近红外光谱分析的背景校正.pdf

近红外光谱分析的背景校正* 严衍禄1-2张录达1李军会1 罗长兵2严宏南妒 摘要近红外光谱分析与传统光谱分析不同，是一种绝对分析，背景对分析的影响极大． 必须要对光谱与数学模型进行背景校正。近虹外光谱分析需要从样品，光谱测定，光谱与模型 各水平分别进行物理的、化学的、数学的背景校正。这些校正可以分为外部校正和内部校正两 类。讨论了这两类校正对模型性能的影响，以及背景数学校正的三种核心技术与基本算法。论 文还以样品水音量的背景内部数学校正为倒研究了模型消除水分背景干扰的机理。 关键词近红外光谱分析；数学模型；背景校正 1红外光谱分析与传统光谱分析的不同 传统光谱分析通过对样品的前处理，在分析谱区只有简单的背景信息，便于分析信息提 取。近红外光谱的信息量丰富(主要是含H基团振动的倍频与合频信息)，物质对该谱区的 吸收弱，可透入样品取得样品内部的信息，该谱区分析可以不需要样品的前处理。近红外光 谱的分析是复杂、重叠、变化背景下提取弱信息，必须借助于数学模型。这两类分析有很大 的差别，见表1。 裹1近红外光谱分析与传统光谱分析的不同 传统光谱分析 近红外光谱分析 变量信息 —个或有限几个 无限制多个 分析信号 —个或有限几个波长 全部波长点 分析背景 背景简单 仪器、样品、环境及制样参数等背景 背景校正 由分析的参比扣除 在分析的全过程需多水平全程校正 分析方法 直接分析，相对分析 问接分析、绝对分析 组分确定 用工作曲线 用化学计量学建立并应用数学模型 传统光谱分析属于直接分析，直接由样品某一(或几个)波长吸光度A确定样品某一(或 几个)组分的浓度(A=a·b·c)。单波长工作曲线容易建立与修正，用户通过自行建立的工 作曲线，由样品的吸光度A确定组分C，这种分析属于相对分析。工作曲线包含各自用户的 全部测定背景，不需另行校正背景。 近红外光谱分析属于间接分析，样品多波长的吸光度矩阵A通过数学模型确定样品中 某些组分c的浓度，有时空跨度。建立与修正多元的数学模型比较困难，通常需要专业人 t。十五”国家重大科技项目——科学仪器研制与开发(2001B点TAOA05，2004BA2tOA03)。 作者简介：严衍椽，1937年出生．教授．博士生导师。主要从事近红外光谱分析研究，主编近红外光谱分析基础与 应用)等书。 员来提供统一的模型；这种由统一的模型对光谱计算待测量的分析属于绝对分析。由于数学 模型的背景参数一般难以与样品光谱的背景完全匹配，因此，近红外光谱分析必需校正背 景。可以认为近红外光谱分析技术的本质是：通过背景校正后，从光谱中提取指定的信息。 近红外光谱分析早期的研究侧重于对分析信息与信号的研究，如谱峰的归属等。近期的 应用研究侧重于背景校正、提高模型的稳定性和分析精度的研究。 2近红外光谱分析的背景及其产生与校正 2．1近红外光谱分析的背景 近红外光谱包含了丰富的信息，这些信息除了样品中待测组分的信息特征外，还有其他 信息，例如仪器参数、样品参数、制样参数、环境参数等等，这些参数都影响近红外光谱特 征，因此光谱也包含了它们的信息。近红外光谱中除了样品中待测组分的特征信息外，其他 信息称为光谱的背景(信息)。农业样品(小米粉)近红外漫反射光谱受测定条件的影响见 图1。 8100 7000 6900 (c】 n10∞ 0．0420 mol∞ 81 图1农业样品近红外漫反射光谱受测定条件的影响示例 分析光不同强度(b)与分析光束面积大小不同(d)造成漫反射光谱的差异。这些因素构成了近 红外光谱的一部分背景。 2．2近红外光谱分析的背景产生 近红外光谱的背景产生于分析的全过程，例如：(1)仪器参数：仪器的类型、状态、工