【摘要】：水的近紅外吸收光譜受溫度影響較大,采用近紅外光譜法對水溶液樣本進行成分測量時,溫度的影響不能忽視。特別對于葡萄糖這種弱吸收成分,溫度的微小變化會對其測量精度造成較大影響。實驗發(fā)現(xiàn)葡萄糖水溶液在30℃附近時,溫度每變化1攝氏度,在1 160nm處溶液的吸光度變異系數(shù)約0.344 7%,這個變化約相當(dāng)于500~600mg·dL~(-1)葡萄糖濃度引起的溶液吸光度變化量。將近年來發(fā)展的幾種化學(xué)計量學(xué)方法用于溫度擾動下葡萄糖水溶液的光譜修正,以提高葡萄糖測量精度,具體包括廣義最小二乘加權(quán)法(GLSW)和外部參數(shù)正交化方法(EPO)。對不同溫度的葡萄糖水溶液樣品在900~1 350nm的光譜進行采集,測試了兩種方法對溫度變化后光譜的修正效果,考察了修正后光譜的葡萄糖預(yù)測誤差,并與傳統(tǒng)的考慮溫度變量的多變量回歸方法—偏最小二乘(PLS)回歸法進行了比較。結(jié)果表明,GLSW和EPO方法對不同溫度下的溶液光譜有好的校正效果,不同溫度下溶液光譜的變異系數(shù)得到顯著改善,同時兩種方法在模型復(fù)雜性、溫度修正效果等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。研究可推廣到其他水份含量較大的樣品測試場合,也對人體組織中的葡萄糖測量有借鑒價值。
【圖文】：

由圖３可以看出，在室溫，１１６０ｎｍ附近４ｇ·Ｌ－１的葡萄糖濃度改變引起的吸光度變化值最大約０．０１３～０．０１５，，這個變化量相當(dāng)于此處純水吸光度的３．５％左右。因此可以估圖１不同溫度下純水的吸光度（Ａｗ）Ｆｉｇ．１Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｏｆｐｕｒｅｗａｔｅｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（Ａｗ）圖２不同溫度下４ｇ·Ｌ－１的葡萄糖水溶液的吸光度（Ａｓ）Ｆｉｇ．２Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｏｆ４ｇ·Ｌ－１ｇｌｕｃｏｓｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（Ａｓ）算出，溶液的１攝氏度溫度變化引起的吸光度變化量約相當(dāng)于５００～６００ｍｇ·ｄＬ－１葡萄糖濃度引起的吸光度，且該變化量受溶液中葡萄糖濃度大小的影響不大，而主要來源于溶液中水光譜的變化。對于葡萄糖濃度范圍較低的測試場合，如人體血糖測量，溫度變化１度引起這樣的測量誤差是不能容忍的，必須消除。圖３不同溫度下４ｇ·Ｌ－１葡萄糖濃度變化引起的吸光度光譜（ΔＡｃｇ）Ｆｉｇ．３Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｓｐｅｃｔｒａｄｕｅｔｏｃｈａｎｇｅｓｉｎｇｌｕｃｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａ－ｔｉｏｎａｔ４ｇ·Ｌ－１ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（ΔＡｃｇ）２．２ＧＬＳＷ對光譜的修正結(jié)果利用式（６）—式（１０），對表１中的葡萄糖水溶液樣品的吸光度數(shù)據(jù)進行處理，得到溫度濾波矩陣Ｐ，代入式（５）后對光譜進行修正。校正集和驗證集的光譜均需要經(jīng)過濾波模型的前處理。ＧＬＳＷ算法需要調(diào)節(jié)權(quán)重

由圖３可以看出，在室溫，１１６０ｎｍ附近４ｇ·Ｌ－１的葡萄糖濃度改變引起的吸光度變化值最大約０．０１３～０．０１５，這個變化量相當(dāng)于此處純水吸光度的３．５％左右。因此可以估圖１不同溫度下純水的吸光度（Ａｗ）Ｆｉｇ．１Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｏｆｐｕｒｅｗａｔｅｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（Ａｗ）圖２不同溫度下４ｇ·Ｌ－１的葡萄糖水溶液的吸光度（Ａｓ）Ｆｉｇ．２Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｏｆ４ｇ·Ｌ－１ｇｌｕｃｏｓｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（Ａｓ）算出，溶液的１攝氏度溫度變化引起的吸光度變化量約相當(dāng)于５００～６００ｍｇ·ｄＬ－１葡萄糖濃度引起的吸光度，且該變化量受溶液中葡萄糖濃度大小的影響不大，而主要來源于溶液中水光譜的變化。對于葡萄糖濃度范圍較低的測試場合，如人體血糖測量，溫度變化１度引起這樣的測量誤差是不能容忍的，必須消除。圖３不同溫度下４ｇ·Ｌ－１葡萄糖濃度變化引起的吸光度光譜（ΔＡｃｇ）Ｆｉｇ．３Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｓｐｅｃｔｒａｄｕｅｔｏｃｈａｎｇｅｓｉｎｇｌｕｃｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａ－ｔｉｏｎａｔ４ｇ·Ｌ－１ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（ΔＡｃｇ）２．２ＧＬＳＷ對光譜的修正結(jié)果利用式（６）—式（１０），對表１中的葡萄糖水溶液樣品的吸光度數(shù)據(jù)進行處理，得到溫度濾波矩陣Ｐ，代入式（５）后對光譜進行修正。校正集和驗證集的光譜均需要經(jīng)過濾波模型的前處理。ＧＬＳＷ算法需要調(diào)節(jié)權(quán)重


本文編號：2580887