采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法
【專利摘要】一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法，涉及一種光學(xué)領(lǐng)域中二元混合體系的測量方法，它通過分別采集各組分的近紅外光譜，建立移動窗口，選擇組分b的近紅外光譜B，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值，求取系列夾角值的方差D；分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di；繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定待測二元混合體系ab中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。本發(fā)明方法簡單，成本較低，工作強度低，可以不用按照嚴(yán)格的光度值實現(xiàn)定量，使用方便。
【專利說明】
采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)領(lǐng)域中二元混合體系的測量方法，特別是一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二元混合體系是一種常見的體系，例如，化工生產(chǎn)中的配方調(diào)和、紡織品混紡、食品勾兌等。而一直以來，近紅外光譜分析方法都被作為一種二元混合體系的組分定量分析方法加以應(yīng)用，但其分析結(jié)果必須依靠對體系作大量直接測量，然后依據(jù)直接測量值和光譜測量，進行二次建模，其方法復(fù)雜，成本較高，限制了近紅外光譜分析方法的應(yīng)用。
[0003]而且近紅外光譜很多時候要采用漫反射測量，光程和取樣位置很難嚴(yán)格控制，光譜所受到的隨機干擾多，難以按照嚴(yán)格的光度值定量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述方法復(fù)雜、成本較高、難以按照嚴(yán)格的光度值定量的不足之處。
[0005]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法，其特征在于:該方法是通過光譜儀分別采集各組分的近紅外光譜、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，建立移動窗口，選擇組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值，并求取系列夾角值的方差D;分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di;繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定待測二元混合體系ab中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。
[0006]本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:該方法包括以下步驟:
51.通過光譜儀分別采集組分a的近紅外光譜A、組分b的近紅外光譜B、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，根據(jù)近紅外混合光譜AB包含的波長點數(shù)，取其一半建立移動窗口；
52.選擇二元混合體系中的組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值；
53.求取該系列夾角值的方差D；
54.重復(fù)步驟SI至S 3，分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di;
55.繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線；
56.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，S卩可確定近紅外混合光譜AB中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。
[0007]本發(fā)明的原理如下:
二元混合體系中由組分a和組分b組成，相對于組分a，隨著組分b加入，得到的二元混合體系ab的光譜逐漸偏離組分a，如果將組分a的光譜和二元混合體系ab光譜視為向量，向量ab與向量a的夾角逐漸增大。需要指出的是組分a和組分b不一定是純凈物，只要組成確定，都可作為確定組分來進行比對，也就是說，多元混合體系可由逐次的二元混合體系實現(xiàn)。
[0008]本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，組分a的近紅外光譜A和二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB的分段向量夾角與組分b的光譜B的貢獻存在定量關(guān)系。如果以近紅外光譜A和近紅外混合光譜AB用移動窗口構(gòu)成分段向量，計算窗口內(nèi)兩個分段向量的夾角，多個夾角值構(gòu)成夾角序列，在如果夾角取值范圍較小，該序列的方差值與光譜B的加入成線性相關(guān)?？梢岳迷摼€性相關(guān)對光譜B所對應(yīng)的組分b進行定量。
[0009]由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
1.方法簡單，成本較低
由于本發(fā)明通過計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值，并求取系列夾角值的方差D，分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di;繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定近紅外混合光譜AB中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。因此，本發(fā)明不采用需要大量樣本的多變量統(tǒng)計建模方法，工作強度低，節(jié)省了建模費用。
[0010]2.可不用嚴(yán)格依據(jù)光度值實現(xiàn)定量
本發(fā)明不受光度變化的影響，從實施例中可以看出，即使針對光強出現(xiàn)顯著差異的未知樣品，也能準(zhǔn)確實現(xiàn)定量，因此，本發(fā)明可不用嚴(yán)格按照光度值定量。
[0011]3.使用方便:
本發(fā)明由于不用嚴(yán)格校正光強，因此可以省去每次標(biāo)準(zhǔn)測量步驟，給現(xiàn)場和過程連續(xù)測量帶來很大方便。
[0012]4.適用范圍廣
本發(fā)明可適用于化工生產(chǎn)中的配方調(diào)和、紡織品混紡、食品勾兌等二元混合體系，其適用范圍比較廣泛。
[0013]下面，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明之采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法的技術(shù)特征作進一步的說明。
【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明實施例一中采集的粘膠纖維的近紅外光譜A、棉纖維的近紅外光譜B、棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜AB的光譜圖；
圖2:本發(fā)明實施例一中棉纖維b不同含量與系列方差0,的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；
圖3:本發(fā)明實施例一中棉纖維b含量分別為35%和45%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜的光譜圖。
[0015]在上述附圖中，各標(biāo)號說明如下:
A-粘膠纖維的近紅外光譜，B-棉纖維的近紅外光譜，
ABl-棉纖維含量占10%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜， AB2-棉纖維含量分別占20%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB3-棉纖維含量分別占30%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB4-棉纖維含量分別占40%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB5-棉纖維含量分別占50%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB6-棉纖維含量分別占60%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB7-棉纖維含量分別占70%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
AB8-棉纖維含量分別占80%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜；
AB9-棉纖維含量分別占35%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜，
ABlO-棉纖維含量分別占45%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜。
【具體實施方式】
[0016]—種采用近紅外光譜直接定量測量化工生產(chǎn)中的配方調(diào)和、紡織品混紡、食品勾兌等二元混合體系的方法，該方法是通過光譜儀分別采集組分a的近紅外光譜A、組分b的近紅外光譜B、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，建立移動窗口，選擇組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值，并求取系列夾角值的方差D;分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di;繪制組分b的不同含量與系列方差0,的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定待測二元混合體系ab中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。
[0017]該方法包括以下步驟:
51.通過光譜儀分別采集組分a的近紅外光譜A、組分b的近紅外光譜B、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，根據(jù)近紅外混合光譜AB包含的波長點數(shù)，取其一半建立移動窗口；
52.選擇二元混合體系中的組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值；
53.求取該系列夾角值的方差D；
54.重復(fù)步驟SI至S 3，分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di;
55.繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線；
56.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，S卩可確定混合光譜AB中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。
[0018]以下是本發(fā)明實施的具體例子實施例一
一種采用近紅外光譜直接定量測量棉/粘膠混紡纖維二元混合體系的方法，在棉/粘膠混紡纖維二元混合體系中，組分a為粘膠纖維，組分b為棉纖維，二元混合體系ab為棉/粘膠混紡纖維，該方法包括以下步驟:
S1.通過光譜儀分別采集組分a—一粘膠纖維的近紅外光譜A、組分b—一棉纖維的近紅外光譜B、二元混合體系ab—一棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜AB，如圖1，包含了純粘膠纖維的近紅外光譜A和純棉纖維的近紅外光譜B，以及棉纖維含量分別占10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%的棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜AB ；
在棉/粘膠混紡纖維的近紅外混合光譜AB中選擇差異相對顯著的1480-1650nm波段，根據(jù)所包含的波長點數(shù)，取其一半建立移動窗口；
52.選擇棉纖維的近紅外光譜B，將移動窗口從近紅外光譜B的左端向右移動，計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值β ,
53.求取系列夾角值的方差D;
54.重復(fù)步驟SI至S3，分別計算近紅外光譜B與棉纖維含量分別占10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di ；
55.繪制棉纖維的不同含量與系列方差D1的標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)為0.9734，如圖2;
56.另采集棉纖維含量分別為35%和45%的混紡纖維光譜，如圖3。計算光譜1480-1650nm波段的D值分別為I.084X 10—3和1.419X 10—3，代入標(biāo)準(zhǔn)曲線y=3.151 X 10—3X -3.113X 10—5，得Z分別為35.4%和46.0%，與真實值相對誤差分別為1.1%和2.2%。
[0019]纖維樣品由于蓬松度和排列存在很大的隨機性，直接影響光譜信號的質(zhì)量。從系列樣本的光譜中可以看出，光譜強弱高低與樣本的含量不存在確定對應(yīng)關(guān)系，只在光譜形狀細節(jié)上存在差異，無法按照反射率等強度響應(yīng)值定量。采用本發(fā)明解決了纖維樣品近紅外測量的關(guān)鍵問題，實現(xiàn)快速測定棉/粘膠混紡纖維的組成配比，結(jié)果精度和準(zhǔn)確度較好。
【主權(quán)項】
1.一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法，其特征在于:該方法是通過光譜儀分別采集各組分的近紅外光譜、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，建立移動窗口，選擇組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值，并求取系列夾角值的方差D;分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差D1;繪制組分b的不同含量與系列方差0,的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定待測二元混合體系ab中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用近紅外光譜直接定量測量二元混合體系的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: .51.通過光譜儀分別采集組分a的近紅外光譜A、組分b的近紅外光譜B、二元混合體系ab的近紅外混合光譜AB，根據(jù)近紅外混合光譜AB包含的波長點數(shù)，取其一半建立移動窗口； .52.選擇二元混合體系中的組分b的近紅外光譜B，在移動窗口內(nèi)，將移動窗口從該近紅外光譜B的左端向右移動，分別計算近紅外光譜B與近紅外混合光譜AB的夾角，得到系列夾角值； .53.求取該系列夾角值的方差D; . 54.重復(fù)步驟SI至S 3，分別計算近紅外光譜B與組分b在不同含量下的近紅外混合光譜AB的系列方差Di; . 55.繪制組分b的不同含量與系列方差Di的標(biāo)準(zhǔn)曲線；. 56.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可確定近紅外混合光譜AB中組分a和組分b的配比，實現(xiàn)被測物的組分定量。
【文檔編號】G01N21/359GK106018334SQ201610626914
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】姚志湘, 粟暉, 姚桔
【申請人】廣西科技大學(xué)