近红外光谱温度相关变量的选择

【作者】 崔晓宇； 蔡文生； 邵学广；

【机构】 南开大学化学学院分析科学研究中心； 北京大学环境科学与工程学院；

【摘要】 温控近红外光谱技术是近年来发展起来的一种分析水溶液结构和水溶液中分子相互作用的新兴技术[1]。研究发现,通过温控近红外光谱技术可以有效研究水和乙醇的氢键相互作用方式[2],揭示葡萄糖促进规则四面体水结构的生成并实现生物保护功能[3,4],阐明蛋白质的凝胶化过程以及过程中不同水结构的作用[5]。然而,由于温控近红外光谱中水特征光谱的复杂性,很难从光谱中获得信息来理解温度对水结构的影响。为了研究温度效应,本课题组提出了一种从温控近红外光谱中选择与温度相关变量(波数)的方法[6]。用连续小波变换(CWT)将光谱分解为不同频率的光谱成分,然后采用蒙特卡洛无信息变量消除(MC-UVE)评估变量与温度的相关性。首先通过模拟数据集验证了该方法的可行性,然后通过水和水溶液的温度依赖性近红外光谱验证了方法的适用性。研究发现从水的光谱中可以选出多个温度相关变量,表明了水结构的复杂性。从不同溶液光谱中选出的温度相关变量在位置相似但不相同,体现了溶质对水结构的不同影响,同时,所选变量所在波数的光谱强度与溶质浓度关系良好,说明水谱可以作为反映水溶液差异的镜子。此方法为提取特征温控近红外光谱特征变量提供了有力工具,为理解溶液体系中水结构的温度依赖性以及水结构的变化提供了条件。更多还原