[发明专利]一种溶解性有机物三维荧光谱图的识别比对方法

说明书

本发明提供对溶解性有机物三维荧光谱图的识别方法，在溶解性有机物荧光光谱数据库样本比对时，使数据库建设与比对同时进行，自动完善更新等扩充功能，提高了被测样品识别。将被测样品荧光光谱数据进行必要数据处理，即可与参照比对数据库中样本进行相似度计算与匹配，从而获得快速准确的识别判别。对样本峰位置坐标和峰强度信息的识别，建立概率神经网络，结合贝耶斯理论，实现对样本的聚类分类和判别。根据被测样品荧光数据矩阵，进行余弦系数的计算，得到最大匹配度和综合相似度系数指标，形成谱图识别信息。经平行因子解析获得的荧光光谱数据和各组分荧光光谱数据，分别进行余弦相似度系数的计算，从而达到对样本的进一步分类和识别信息。

【技术领域】

本发明涉及环境科学、食品饮料、中医药材、光谱学等领域，具体为一种水环境中溶解性有机物三维荧光谱图的识别比对方法。

【背景技术】

近年来，随着荧光光度计的发展，具有激发波长扫描和发射波长扫描功能的荧光光谱仪日益普及，由这类荧光光谱仪扫描获得的三维荧光光谱已在多个领域获得应用，如在石油产品开发和油井钻探分类、药物合成与杂质鉴别、中药材道地性鉴别、白酒茶叶类等饮品检测、医学检验、农药残留等。为弥补现有水环境下监测技术与检测技术参数的不足，本发明提供了一种水环境中溶解性有机物荧光光谱谱图的识别比对方法。

每一种荧光物质，都有其特有的荧光光谱信息，荧光检测同时具有较高的灵敏度和选择性，因而获得广泛应用。然而，仅依靠一张由激发波长、发射波长和荧光强度投影组成的等高线荧光光谱，以期得到全面准确的溶解性有机物的识别与判别信息难度极高。这是因为，对于一个复杂的混合体系来说，通过扫描获得的荧光光谱是这个混合体系各个成分之间相互影响彼此消长的综合结果，所以人们需要一种方法，不仅可以对单纯组分体系、多组分混合体系溶解性有机物三维荧光光谱图进行识别，还可以根据组成谱图的数据信息与已有的标准或参比信息进行比对，完成诸如分类、鉴别、比对和溯源的任务。目前国内外常用的荧光光谱识别方法是利用平行因子分析法、偏最小二乘法、交替三线性分解法、非负矩阵因子分解法等对荧光光谱进行解析，获取多组分荧光信息，然后建立识别方法。但如何利用光谱解析方法对不同时间或不同方式获得的荧光光谱进行自动有效的识别和比对尚缺乏可靠的科学方法。一些识别方法仅靠荧光光谱的峰位置和峰强度的关系进行判别比对；还有一些识别方法通过多维分析算法分解出的两个二维荧光光谱的特征峰和波形特征参数，通过构造综合相似度指数进行混合三维荧光光谱的成分识别；前者对一些复杂多组分体系，特别是当荧光峰中心位置接近时，单纯地利用峰位置、荧光强度等所谓的特征参数对样品进行识别，具有很大的人为随意性，识别或比对正确率较低；后者由于识别或比对的方法是建立在特定的平行因子法(PARAFAC)基础上，其算法输出结果次序不确定，亦可造成识别或比对的误判。实践中，人们更需要对自己工作范围或感兴趣的水环境样品进行识别和比对，例如，不同品牌的白酒具有各不相同的三维荧光光谱，同种品牌的白酒由于生产工艺、储存时间的不同，其荧光光谱谱图也有差异；同样地，不同地域种植的同种中药材，其水提物的三维荧光光谱不尽相同；污水处理厂或化工园区有时迫切需要知道污水的种类、浓度和来源。因此，利用三维荧光光谱谱图和数据快速进行白酒、中药材的真伪识别与判别，对环境水质监测、检测与溯源具有十分重要的意义。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种通过三维荧光光谱对水环境中溶解性有机物识别或判别方法，以期解决利用多维分析算法解析三维荧光光谱时，单纯地对解析后的二维荧光光谱构建相似度指数进行识别而导致的成分识别误判及识别率低的问题。在构建水环境溶解性有机物三维荧光光谱数据库的基础上，根据被测样品荧光数据矩阵建立与数据库各标准样品荧光数据相同矩阵，进行余弦相似度等方法计算，得到最大匹配度和综合相似度系数两个指标，根据最大相似度匹配系数，形成谱图的识别和比对信息，本方法利用计算机完全实现自动识别，不仅可以满足不同用户的快速检测判别比对的需求，而且还可以满足实时在线连续监测预警溯源的技术需求。