[发明专利]一种准连续方式的分光波长组合方法

说明书

技术领域

本发明涉及分光系统设计中的波长优选技术领域，具体涉及一种准连续方 式的分光波长组合方法。

背景技术

光谱分析是根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和含量的方 法，由于其具有灵敏、迅速的优点。目前应用的光谱分析主要有中红外光谱分 析、紫外可见光谱分析、拉曼光谱分析和近红外光谱分析(NIRS)等。特别是 近红外光谱分析技术以其简便快速、非破坏性和易于实时分析等特点已广泛应 用于农业、食品、生物医学、石油化工等领域。

研制全波段通用型分析仪器的技术在国外已经比较成熟，但是有的仪器庞 大，价格昂贵(全波段通用型近红外分析仪器需要50-80万元左右)，因此较适 合于实验室分析，不适合在实际领域中推广应用，研发低价格小型专用分析仪 器(比如滤光片分立型近红外分析仪器)是非常有必要的。但是，目前在分析 模型的波长选择、小型专用光谱仪器的分光系统设计等方面还存在困难，缺乏 特定有效的分光波长组合方法。

以近红外光谱为例，近红外光谱是通过对样品进行直接测量得到的，对样 品不需要预处理，也不需要生化试剂，所以近红外光谱的检测对象是一个复杂 的过程，又因为近红外光谱重叠严重、平坦、没有明显的吸收峰，所以不能依 靠直接观察光谱的方法来选择近红外分光波长组合，只能通过对不同的波长组 合分别建立定标模型，根据模型的预测效果才能够做出判断，选择适合的波长 组合。但是近红外波段的波长数很多，近红外的波段为780-2526nm，如果波长 间隔是0.5nm，那么总波长数有3493个，如果是通过任意随机组合再分别建模 的方式筛选适合的波长，现有的计算机运算速度远远不能够满足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种准连续方式的分 光波长组合方法，本发明方法具有计算量少、应用范围广、遴选自由度大、准 确度高、效果好的优点，可以有效地筛选出分析模型的波长组合，为小型专用 分析仪器中分光系统的设计提出有效的解决方案。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种准连续方式的分光波长组合方 法，包括以下步骤：

S1、测试样品，得到光谱数据和样品的参考化学值；选择波长组合所属的 特定波段；

S2、设波长组合的点数为N(即波长组合所含有的波长数量)，设置波长组 合点数的取值范围，即N_min≤N≤N_max；设波长组合的间隔为G(即波长组合中 相邻两波长在波段中间隔的波长数，如间隔的波长数为0，即表示波长组合中的 波长为连续波段)，设置波长组合间隔的取值范围，即G_min≤G≤G_max；

其中N为正整数，N_min≥1，N_max≤f；G为整数，G_min≥0，G_max≤f-2；f是选 定的波段中含有的总波长数，通过下式计算：总波长数＝波段长度/波长间隔+1；

上式中，波长间隔由用户设置；

S3、波长组合的点数(N)取最小值N_min，波长组合的间隔(G)取最小值G_min；

S4、设波长组合的起点为B(即波长组合中第一个波长所在位置)，设置波 长组合的起点(B)从特定波段内的第一个波长依次变化到最后一个波长；查找 所有可能的(B，N，G)参数组合，利用步骤S1的光谱数据和样品的参考化学 值，分别建立定标预测的数学模型；所述数学模型为多元线性回归(MLR)模 型；

S5、判断波长组合的间隔G＜G_max是否成立，若是，则增加波长组合的间隔 (G)，并返回S4，否则G＝G_min，并进入S6；

S6、判断波长组合的点数N＜N_max是否成立，若是，则增加波长组合的点数 (N)，并返回S4，否则进入S7；

S7、求出所有数学模型的评价指标，根据评价指标对所有模型进行评价， 选取最佳的数学模型(或者是最适用的数学模型)，由最佳的数学模型相应的(B， N，G)参数组合得到对应的波长组合；所述评价指标为预测均方根偏差、相对 预测均方根偏差和预测相关系数。

为更好的实现本发明，所述步骤S7后还包括：