[发明专利]时间和/或空间序列文件的多组分回归/多组分分析

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及光谱分析领域，并且更确切地涉及当希望时将多组分回归与多组分光谱匹配组合使用的演化时间序列光谱的自动标识。

相关技术讨论

分子光谱仪（有时被称作分光镜）是一种仪器，其中，通常利用不可见光（如光谱的红外区域内的光）来照射固态的、液态的或气态的样品。然后，将来自该样品的光捕获并且进行分析，用以揭露该样品特征的信息。举例来讲，样品可以用在一定波长范围内具有已知强度的红外光进行照射，然后被该样品透射和/或反射的光可以被捕获以用来与光源进行比较。对所捕获的光谱进行检查可以展示出该照射光被该样品吸收的波长。该光谱，并且特别是其中峰的位置以及幅度，可以与之前-获得的参考光谱进行比较，以获得关于样品的信息，例如，它的成分以及特性。本质上，该光谱充当该样品以及其中物质的一个“指纹”，并且通过将该指纹与一个或多个已知的指纹进行匹配，可以确定该样品的身份。

当使用这类上述方法收集取决于时间的数据时，如，例如在化学反应监控（动力学）或用气体排放的热分析（TGA-IR）或色谱分析法（GC-IR）中，存在许多偶然性。此分析的最冗长的步骤是从连接的光谱序列中提取独立的谱随后进行这些单独光谱的分析。在GC-IR中，光谱通常用于纯组分，GC进行分离，但在TGA-IR中，单独的光谱本身还可以是混合物。

因此应认识到，如果希望将一个演化样品的多个时间序列光谱与一个或多个参考光谱的所有可能的组合进行比较，则这通常会是一个极其巨大的数字，特别是大的参考库可以具有成千上万的条目的情况下。如果在进行定性分析之外，还要进行定量分析，即，在确定未知光谱中每个光谱成分的身份之外还要确定其相对比例的情况下，那么进行这些比较需要的计算时间可以被进一步放大。这种定量分析可以要求在多个参考光谱的组合针对光谱时间序列之间执行回归，以确定每个参考光谱为了形成最佳匹配的组合中应该具有的权重。其结果是，即使使用了专用计算机或具有高速处理器的其他机器，执行彻底的光谱匹配有时会花费几个小时，甚至几天的时间。

2010年4月13日授予Ritter等人的题为“特别用于多组分光谱的高效光谱匹配（EFFICIENT SPECTRAL MATCHING,PARTICULARLY FOR MULTICOMPENENT SPECTRA）”的美国专利号7,698,098B2中描述并要求保护一种用于使用多组分分析使未知光谱进行光谱匹配的方法的背景信息，该背景信息通过引用以其全部内容结合于此，包括以下内容“从红外或其他光谱法获得的未知光谱可以与参考库中的光谱进行比较以找出最佳匹配。然后这些最佳匹配光谱各自进而可以与这些参考光谱相组合，其中也对这些组合进行筛选，以得到对未知光谱的最佳匹配。然后，所产生的这些最佳匹配亦可以经历上述的组合与比较步骤。该过程可以按此方式重复进行，直到达到一个适当的停止点，例如，当标识出希望数量的最佳匹配、当已经执行了某一预定数量的迭代、等等。如果考虑了参考光谱的所有可能的组合，这种方法能够用少得多的计算步骤以及更快的速度来返回最佳匹配的光谱（及光谱的组合）”。

2006年7月4日授予Schweitzer等人的题为“用于通过光谱分析标识混合物的组分的方法（METHOD FOR IDENTIFYING COMPONENTS OF A MIXTURE VIA SPECTRAL ANALYSIS）”的美国专利号7,072,771B1中描述并要求保护一种组分光谱分析的方法的背景信息，包括以下内容“本发明总体上针对光谱分析领域，并更具体地针对一种使用包括潜在候选者的光谱库从由混合物中收集的光谱集合中标识出混合物的未知组分的改进方法。例如，本方法针对通过包括以下内容的步骤来标识混合物的组分：获得一个限定混合物数据空间的混合物光谱数据集合；根据已知元素的多个库光谱到该混合物数据空间中的投射角对库光谱进行排序；为排序最高的y个库光谱的每个组合计算一个校正的相关系数；以及选择具有最高校正的相关系数的组合，其中，已知元素的所选择的组合被标识为该混合物的组分”。

发明概述