[发明专利]光谱测量和盲源分离相结合的混合颜料成分分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及成分分析方法，特别涉及一种光谱测量和盲源分离相结合的混合颜料成分分析方法。

背景技术

在混合颜料成分分析领域，常用方法包括下述两类：

第一类方法根据颜料对不同射线的衍射、透射、散射等特性存在差异，利用差异来区分颜料。该类方法主要包括：X射线衍射分析(X-Ray Diffraction，简称XRD)、X射线荧光分析(X-Ray Fluorescence，简称XRF)、粒子激发X荧光技术(Particle Induced X-Ray Emission，简称PIXE)、激光拉曼光谱(Laser Raman Spectroscopy，简称LRS)、扫描电镜-电子探针微量分析(SEM-EPMA)、扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)、激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)、偏光显微镜(Polarized Light Microscopy，简称PLM)、体视显微镜(Stereo Light Microscopy，简称SLM)等。这些方法的过程如下：首先，采用高精度设备测量混合颜料，得到表示颜料特征的衍射、透射、散射等光谱信息；然后，将测量的光谱信息与数据库中已知颜料的光谱信息进行匹配，从而确定所包含的化合物、元素种类；对于某些测量结果，通过半定量化方法可以得到化合物或元素的含量。

第二类方法根据颜料对自然光反射特性存在差异，利用差异来区分颜料。该类方法主要包括：反射光谱法(Reflectance Spectroscopy，简称RS)、导数光谱法(Derivative Spectrophotometry，简称DS)等。这些方法能够得到基本颜料的比例。目前，RS方法应用较多，其过程如下：首先，采用光谱仪或多光谱成像系统测量混合颜料，得到混合颜料的光谱反射比；然后，通过计算与已知颜料光谱反射比的相似性来判断混合颜料所包含基本颜料的种类；最后，将颜料光谱反射比转换为吸收散射比，通过建立和求解Kubelka-Munk混色方程组来计算基本颜料的比例。DS方法和RS方法的基本步骤相似，差异在于：RS方法以光谱反射比作为处理对象，而DS方法以光谱反射比的导数作为处理对象；RS方法借助Kubelka-Munk定理计算基本颜料比例，而DS方法通过配置多种不同浓度的基本颜料溶液，进行回收率实验得到工作曲线，通过该曲线确定基本颜料比例。

上述两类方法存在如下缺陷：

(1)自动化难：第一类方法进行衍射、透射、散射光谱匹配时，主要是根据其峰值所在位置进行匹配，大多数情况下还需要人工参与。计算化合物或元素的含量时，一般采用半定量化方法，这种方法的特点是在定性仿真中使用定量信息的仿真，由于信息不能全部量化，所以很难自动化完成。第二类方法的DS方法进行回收率实验时，其流程为，首先采用导数光谱法获取基本颜料特征峰的位置A；然后配置不同浓度的基本颜料溶液，测量其导数光谱，以浓度为横坐标，位置A处的导数峰高为纵坐标，绘制工作曲线；最后在工作曲线上寻找待测基本颜料特征峰对应的位置，确定基本颜料的含量。由此看出，这种方法需要人工参与配置溶液，寻找特征峰的位置等，很难自动化完成。

(2)准确性差：第一类方法需要通过观察来匹配峰值位置，客观存在视觉误差，半定量化方法的定性部分客观上也存在误差，这些误差会降低该方法的准确性。计算光谱曲线相似性时，第二类方法的RS方法受到混合颜料中多种基本颜料影响，会引入计算误差；DS方法在回收率实验阶段需要人工参与，也存在误差；这两种误差都会降低该方法的准确性。

(3)不易得到完整的成分信息：该缺陷主要存在于第一类方法中。X射线荧光分析、扫描电镜-电子探针微量分析仅能检测出元素，无法确定基本颜料化学式；采用XRF半定量分析、质子激发X荧光技术，得到的基本构成是氧化物及其含量，但某些基本颜料并不是氧化物；X射线衍射分析、激光拉曼光谱、扫描电镜-X射线能谱、激光诱导击穿光谱、偏光显微镜等只能得出基本颜料种类，无法确定混合比例；体视显微镜是一种辅助分析手段，可以深入、细致地观察颜料表面，但无法检测基本颜料种类及混合比例。