[发明专利]一种基于紫外光谱的水中氮含量检测算法

权利要求书

1.一种基于紫外光谱的水中氮含量检测算法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：对溶液进行预处理并根据溶液的吸光度进行光谱区的选择；

步骤二：构建基于偏最小二乘法的从光谱到氮浓度的检测模型；

步骤三：获取步骤二中所构建的检测模型中的各主因子；

步骤四：采用所获得的检测模型对样本进行氮含量的检测；

在步骤二中，所述检测模型为线性模型，其中，吸光度矩阵与浓度矩阵之间的关系为：

Y＝XB+E；                 (3.1)

其中吸光度矩阵为X，物质浓度矩阵为Y，B为X与Y之间的回归系数；

(1)首先对X和Y进行分解，

X＝TP^T+E_X；                 (3.2)

Y＝UQ^T+E_Y；                 (3.3)

T和U分别为X和Y矩阵的得分矩阵，P和Q分别为X和Y矩阵的载荷矩阵，E_X和E_Y分别为X和Y的PLS拟合残差矩阵；

(2)对T和U做线性回归，b是回归系数矩阵，

U＝Tb；                    (3.4)

b＝(T^TT)^-1T^TU；               (3.5)

(3)对未知样品进行浓度预测，

Y_unknow＝T_unknowbQ；               (3.6)

T_unknow由P和未知样本的光谱矩阵X_unknow求出；

在步骤四中，获取步骤二中所构建的检测模型中的各主因子时，采用的步骤如下：

对于校正过程，忽略残差矩阵E，主成分数取1有：

对X＝tp^T，如下式所示：

t＝Xp/(p^Tp)；               (4.1)

对Y＝uq^T，如下式所示：

u＝Y/q^T；                  (4.2)

(1)求吸光度矩阵X的权重向量w，取浓度矩阵Y的某一列作为u的起始迭代值，如下式所示用(4.4)式计算w并对其归一化：

w^T＝u^TX/(u^Tu)；    (4.3)

w^T＝w^T/||w^T||；    (4.4)

(2)求吸光度矩阵X的因子得分t，由归一化后的w计算t，如下式所示：

t＝Xw/(w^Tw)；    (4.5)

(3)求浓度矩阵Y的载荷q值，以t代替u计算q并对其归一化，如下式所示：

q^T＝t^TY/(t^Tt)；    (4.6)

q^T＝q^T/||q^T||；     (4.7)

(4)求浓度矩阵Y的因子得分u，由q^T计算u，如下式所示：

u＝Yq/(q^Tq)；    (4.8)

(5)再以u代替t返回步骤(1)计算w^T，由w^T计算t_new，如此反复迭代，如果t已经满足收敛条件：||t_new-t_old||≤10^-6||t_new||，转入(6)计算，否则返回(1)；

(6)由收敛后的t求吸光度矩阵X的载荷向量p并对其归一化，如下式所示：

p^T＝t^TY/(t^Tt)；    (4.9)

p^T＝p^T/||p^T||；      (4.10)

(7)标准化X的得分因子t与权重向量w，

t＝t||p||；    (4.11)

w＝w||p||；    (4.12)

(8)计算t与u之间的内在关系b，

b＝u^Tt/(t^Tt)；    (4.13)

(9)计算残差矩阵E，

E_X＝X-tp^T；    (4.14)

E_Y＝Y-btq^T；    (4.15)

(10)以E_X代替X，E_Y代替Y，返回(1)，以此类推，求出X、Y的各主因子w、t、p、u、q、b，用交互验证的方法来得到最佳主因子数f。