间接硬建模方法在混合物太赫兹时域光谱解析中的应用研究

作者：黄新宝; 黄平捷; 李弦; 马冶浩; 侯迪波; 张光新

来源：光谱学与光谱分析, 2017, 37(10): 3021-3026.

• 参数化模型
• 外推性
• 间接硬建模
• 人工基线

太赫兹(Terahertz,THz)波通常是指位于微波和近红外之间的电磁波。由于很多化学和生物分子的振动和转动模式正好都位于THz波段,因此可以利用物质的这些"指纹谱"特性开展定性和定量分析研究。目前用于THz光谱的定量分析主要有主成分回归(PCR)以及偏最小二乘回归(PLSR)等方法,这些算法在建模时往往需要大量的样本进行监督学习,模型精度对训练样本依赖性较高,同时模型的外推性不易保证,在样本量不足或者外推性要求较高的场合,这些算法的使用会受到一定限制。针对这些问题,该研究提出一种利用光谱的参数化模型——间接硬建模方法(IHM),进行混合物太赫兹光谱解析和量化分析技术方案的研究。首先使用S-G平滑滤波方法滤除光谱中的噪声影响;同时考虑到太赫兹光谱特性,消除了人工基线对光谱解析产生的影响;随后,开展了IHM建模与分析研究,重点讨论了在两个训练样本数目情况下模型预测准确度的问题;为了验证该算法的可行性,制备了利福平、乳糖一水合物、微晶纤维素以及硬脂酸镁的四元混合物进行实验与建模分析;使用回归相关系数R和均方根误差RMSE对定量模型进行评价。将IHM方法和PLSR方法进行了比较,理论分析和实验结果表明,相对于传统方法,IHM方法建模所需的训练样本数量可减少至2个,与此同时量化分析准确度获得了提高,同时外推性也有所提升。

• 单位
  浙江大学; 工业控制技术国家重点实验室