近紅外光譜法定量分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、近紅外光譜技術(shù)(NIR)是一種高效快速的現(xiàn)代分析技術(shù)，它綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、光譜技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)等多個(gè)學(xué)科的最新研究成果。自上世紀(jì)80年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的迅速發(fā)展，近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用研究蓬勃展開。并已逐漸得到大眾的普遍接受和官方的認(rèn)可。鑒于其分析速度快、分析效率高、非破壞性、分析成本低、無污染、不需預(yù)處理、操作方便等特點(diǎn)，至今，已在制藥工業(yè)、食品工業(yè)、高分子、石油化工等多個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。 本文在

2、重慶市教委資助項(xiàng)目(No．KJ051303)，教育部春暉計(jì)劃(Z2005-1-55001)的資助下，研究了近紅外光譜法定量分析及其應(yīng)用研究。由綜述和研究報(bào)告兩部分組成。綜述部分簡單概述了近紅外光譜技術(shù)的原理、分析特點(diǎn)以及與之相結(jié)合應(yīng)用的化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析中的應(yīng)用。 研究報(bào)告部分由5部分構(gòu)成： 1、近紅外光譜法定量分析水溶液中葡萄糖、麥芽糖和β—環(huán)糊精。 本文應(yīng)用正交設(shè)計(jì)法配制了葡萄糖、麥芽糖和β—環(huán)糊精混合水溶液的

3、29個(gè)樣品(其中25個(gè)用作校正集樣品，4個(gè)用作預(yù)測集樣品)，用紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)在其近紅外光譜區(qū)域掃描此混合水溶液樣品的近紅外光譜，并用Unscrambler定量分析軟件將近紅外光譜與對應(yīng)的化學(xué)成分值相關(guān)聯(lián)，在不同波長范圍下建立了水溶液中葡萄糖、麥芽糖和β—環(huán)糊精的近紅外原始光譜、一階導(dǎo)數(shù)光譜的PLS定量分析數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型評價(jià)參數(shù)選擇了最佳模型，并且用這些模型對未知樣品進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果顯示，對濃度范圍分別在22.73～10

4、4.17mg/mL、22.73～104.17mg/mL和1.85～8.41mg/mL的葡萄糖、麥芽糖和β—環(huán)糊精水溶液，其NIR數(shù)學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)分別為0.9946、0.9976和0.9036，模型的預(yù)測相對偏差(RMSEP)分別為2.52、1.95和0.87，預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)分別為2.58、2.01和0.90。 2、溫度對乙醇含量測定近紅外模型的影響。 以不同濃度的乙醇溶液為實(shí)驗(yàn)材料，研究了溫度對近紅外光譜法定量

5、分析結(jié)果的影響。對體積百分比在5％～70％范圍內(nèi)的乙醇溶液，在15℃、18℃、20℃、25℃和28℃等5個(gè)溫度點(diǎn)做了研究．對光譜經(jīng)過不同預(yù)處理后，使用不同濃度的20個(gè)樣品建立了測定乙醇含量的PLS校正模型，根據(jù)模型評價(jià)參數(shù)選擇了最佳模型。分析結(jié)果顯示，溫度在20℃時(shí)采用一階導(dǎo)數(shù)(3點(diǎn)平滑)光譜預(yù)處理所建立的模型最佳．其相關(guān)系數(shù)為0.9986，預(yù)測均方根誤差(RMSEP)和預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)誤差(SEP)分別為0.0079和0.0081。

6、3、近紅外光譜法同時(shí)測定廢水中的化學(xué)需氧量和生化需氧量。 為快速確定廢水的污染程度，采用120個(gè)廢水樣品的近紅外透射光譜結(jié)合偏最小二乘法，分別建立了廢水中化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)的預(yù)測模型，并對光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理方法和異常值診斷進(jìn)行了討論。所建的廢水中化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)的預(yù)測模型相關(guān)系數(shù)分別為0.9542和0.9652；模型的預(yù)測相對偏差(RMSEP)分別為25.24和12.13；預(yù)測范圍分

7、別為：28.40～528.0mg/mL和16.0～305.2mg/mL。通過對模型進(jìn)行t—檢驗(yàn)，在顯著性水平大于0.05的條件下，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的測定結(jié)果對比，兩者無顯著性差異。該分析方法應(yīng)用于同時(shí)測定廢水中化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，結(jié)果令人滿意。 4、近紅外光譜法同時(shí)測定藿香正氣液中的厚樸酚與和厚樸酚。 為更好地控制藿香正氣口服液的產(chǎn)品質(zhì)量，收集太極集團(tuán)7個(gè)不同批次的藿香正氣口服液32個(gè)樣品，用近

8、紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法建立了測定厚樸酚與和厚樸酚的校正模型，并經(jīng)優(yōu)化、驗(yàn)證、預(yù)測藿香正氣口服液樣品中厚樸酚與和厚樸酚的含量。厚樸酚與和厚樸酚的優(yōu)化模型的相關(guān)系數(shù)、預(yù)測相對偏差(RMSEP)分別為：厚樸酚0.9294、0.36；和厚樸酚0.8944、0.26。通過對模型進(jìn)行t—檢驗(yàn)，在顯著性水平大于0.05的條件下，其測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的測定結(jié)果對比，兩者無顯著性差異。該分析方法應(yīng)用于同時(shí)測定藿香正氣口服液中的有效成分厚樸酚與和厚樸酚，

9、結(jié)果令人滿意。 5、短波近紅外光譜法同時(shí)測定鹽酸氯丙嗪和鹽酸異丙嗪。 利用近紅外光譜法研究了鹽酸氯丙嗪和鹽酸異丙嗪混合水溶液樣品。對光譜經(jīng)過10種不同預(yù)處理后，用Unscrambler定量分析軟件將近紅外光譜與對應(yīng)的化學(xué)成分值相關(guān)聯(lián)，分別建立了測定鹽酸氯丙嗪和鹽酸異丙嗪含量的PLS校正模型。根據(jù)模型評價(jià)參數(shù)選擇了最佳模型，并且用這些模型對未知樣品進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果顯示，對濃度范圍在1～13mg·mL-1的鹽酸氯丙嗪和鹽酸異