红外光谱非线性建模定量分析方法技术

本发明专利技术公开了红外光谱非线性建模定量分析方法，该分析方法依据分子振动原理，利用Ｍａｔｌａｂ软件编程，Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａ软件数据处理，建立非线性模型，由模型获得最终定量结果。本发明专利技术通过建立非线性模型实现定量分析，减小了测量误差，提高了测量准确性、精确性、可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及定量分析方法，具体涉及红外光谱非线性建模定量分 析方法。
技术介绍
红外光谱法通常用于定性分析。红外光谱源于分子的振动，分子 振动引起偶极距的变化，偶极距变化越大，红外吸收强度越大。极性 基团振动时伴随有较大的偶极距变化，产生较强的红外吸收。不同的基团吸收锋的位置不同，具有明显的特征性。如1540 2500cm"频 率区一般为不饱和基团的振动频率区。典型的碳碳双键C=C吸收峰 在1600~1700 crrT1和3000 3100 cm"附近，典型的羟基-OH吸收峰 在1000 1200 cm"和3000 3700 cm'1附近，而羧基中的羟基吸收带 位于2500 3330 cm"附近。典型的羧酸羰基C=0吸收峰在1760 cm" 和3570 cm'1附近，而对于芳香羧酸而言，由于羧酸的羰基和芳环共 轭，使得羰基吸收峰的位置在1660 1690 cm"附近。典型酯类的吸 收位置在1000 1300 cm"和1700 1800 cm"附近。苯环在1450 1650cm"区域有吸收，单核芳烃最突出的谱带位于675 900 cm"， 等等。红外光谱能提供有关有机化合物分子结构的丰富信息，成为有机化合物的指纹谱；适用的样品范围广泛，既能分析有机物，也能分析 无机物；对样品形态没有什么限制，气体、液体、悬浮液、固体样品 都能进行红外光谱分析；样品用量少，可以小至吗量级；分析速度 快；不破坏样品；常规红外光谱仪器价格不贵，运行成本低，便于推 广。传统的定量分析方法均为线性分析法，即标准曲线模型为线性方 程，通常称为标准曲线法，也就是选取特定吸收锋，配制标准品浓度 梯度，测出各浓度在特定波长(波数)处的吸光度，制作线性标准曲 线(工作曲线)，所谓标准曲线实际上是依据浓度与吸光度的关系建 立的线性方程。通常是以被测物浓度为自变量，以吸光度为应变量， 通过线性回归等方法获得相关线性方程。由于红外光谱属于分子振动谱，分子振动波峰处往往是由于分子 共振所致，共振越强则峰值越大。当形成共振时，特定波长(波数) 处的变化趋势明显表现为非线性，若用传统的线性方程建立标准曲线 模型显然误差较大。近些年来，红外光谱定量分析特别是无损检测逐 渐受到关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种， 通过该分析方法减小测量误差，提高测量准确度。本专利技术的技术解决方案是该分析方法依据分子振动原理，利用 Matlab软件编程，Statistics软件数据处理，建立非线性模型，由模型 获得最终定量结果。本专利技术的分析方法的具体过程如下(1) 设置红外光谱扫描参数，也即设定红外光谱仪参数，常规的定量方法导出的是pdf格式的图谱，内含有部分特征峰的峰强度等 信息，与常规方法不同的是，本专利技术非线性建模所需要的产出数据是文本格式，包含所有测试点的数据，而非pdf格式；(2) 标准品扫描，准确配制被测标准品浓度梯度，分别对每一 浓度样品实行红外扫描，获得全部波长(波数)范围内的吸收值，每 一样品至少扫描8次以上，取平均值，浓度梯度尽可能增加密度；(3) 特征峰选择，不同的红外光谱仪扫描操作不同，依据各类 型仪器要求，以无损检测为目标实施样品扫描；根据被测物的结构， 以及被测物存在环境，选取能代表被测物特征结构的基团所对应的特 征峰，以浓度为自变量，吸光度为应变量，绘制散点图，以察看图形 趋势；(4) 建立非线性模型，依据散点图的特征及变化规律，初步选 定非线性模型函数组成，利用matlab软件编程，获得初级模型；利 用statistics软件数据处理，确定各参数值，以及模型的拟合度；(5) 模型验证，首先由真值作对照，或由国标方法或药典方法 或准确度较高的方法等方法测得样品被测组分的含量，以此数值作为 参照(亦可称为相对真值)，由非线性模型计算出特征吸收峰处样品 吸收值所对应的样品含量，与前述方法所测值比较，求得相对误差、 或相对偏差、或标准相对偏差、或加样回收率。本专利技术的分析方法通过建立非线性模型实现定量分析，减小了测 量误差，提高了测量准确性、精确性、可行性。 附图说明图1为含水及无水Aspirin的红外图谱比较。 图2为不同含水量的Aspirin红外图谱。 图3不同含水量Aspirin在2950cm"处吸光度。 图4为Aspirin片含水量非线性定量模型拟合曲线。 图5为不同含量标准葡萄糖在2900 cm"处的吸光度。 图6为葡萄糖非线性定量模型拟合曲线。 具体实施例方式下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本专利技术。应理解， 这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的 范围。实例l:红外光谱非线性建模法测定阿司匹林药物含水量① 样品与试剂阿司匹林(Aspirin)肠溶片(市售)，KBr分析纯；② 仪器Nicolet 5700傅立叶变换红外光谱仪(Thermo ELECTRON CORPORATION), YP-2型压片机(上海山岳科学仪器有限公司)， HW-10红外干燥箱(巩义市英峪予华仪器厂)，1810-B型石英自动 双重纯水蒸馏器(金坛市丹阳门石英玻璃厂)，KQ-250B型超声波清 洗器(江苏省昆山市淀山湖镇)，AY120电子天平(SHIMADZU CORPORATION JAPAN)。③ 红外光谱仪的参数扫描次数32次；分辨率4 cm";数据间隔1.926cm";光源IR;扫描光谱范围4000 400 cm";检测器DTGS KBr;④ 阿司匹林(Aspirin)片水分含量测定方法红外光谱分析KBr压 片法，定量结果以药典规定国标烘干法作参照；⑤ 红外图谱特征峰选择Aspirin片属于水杨酸(化学名为2-羟基苯甲酸和2-羟基苯甲酸 钠)类药物，其化学名称为2-(乙酰氧基)苯甲酸，这是常用的解热 消炎镇痛药，此类制剂品种较多，产销量较大，Aspirin为乙酰水杨 酸酯化物，分子结构中含有苯环、羧基、酯键等特征官能团，与其相 对应，其红外图谱1450 1650cm"区域较强吸收峰，峰型尖锐且吸 收峰较多，说明其中含有苯环；700 750 cm"附近吸收峰显示苯环 邻取代；1750cm"附近吸收峰显示酯键存在；1690 cm"附近吸收峰，显示含有羧基羰基存在；在Aspirin片中，除了有效成分Aspirin及辅料外，还含有目标被 测物水，由于水分的存在，使得红外光谱图2500 3700 cm"区域特 别在3500 cm"附近，无水及含水Aspirin红外图谱峰高及峰型有明显 差异，且出峰强度随着水分含量的变化呈现规律性变化，见图1、 2。由图1、 2可见，水分含量的改变，导致各图谱的基线漂移，直 观表现为出峰强度的改变，即吸光度的改变，不同含水量的被测物 Aspirin红外图谱的峰型及出峰位置基本一致；400 1800cm'1区域出 峰密集且图谱移动及峰强度变化都很小，而在2800 3500cm"区域 具有明显变化，这是由于H20分子与OH间形成分子间氢键所致； 因此，选择2950cm—1区域，考察不同含水量的Aspirin图谱与吸光度 的关系，从而获得水分定量的方法；⑥ 定量分析建模配制不同含水量供试品，根据KBr的片重以及含水Aspirin样品 与KBr的比例不同，在样品含水量质量分数0 20%范围内，红本文档来自技高网...

【技术保护点】
红外光谱非线性建模定量分析方法，其特征在于：该分析方法依据分子振动原理，利用Ｍａｔｌａｂ软件编程，Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａ软件数据处理，建立非线性模型，由模型获得最终定量结果；具体过程如下：　（１）设置红外光谱扫描参数，也即设定红外光谱仪参数，常规的定量方法导出的是ｐｄｆ格式的图谱，内含有部分特征峰的峰强度等信息，本专利技术非线性建模所需要的产出数据是文本格式，包含所有测试点的数据，而非ｐｄｆ格式；　（２）标准品扫描，准确配制被测标准品浓度梯度，分别对每一浓度样品实行红外扫描，获得全部波长范围内的吸收值，每一样品至少扫描８次以上，取平均值，浓度梯度尽可能增加密度；　（３）特征峰选择，不同的红外光谱仪扫描操作不同，依据各类型仪器要求，以无损检测为目标实施样品扫描；根据被测物的结构，以及被测物存在环境，选取能代表被测物特征结构的基团所对应的特征峰，以浓度为自变量，吸光度为应变量，绘制散点图，以察看图形趋势；　（４）建立非线性模型，依据散点图的特征及变化规律，初步选定非线性模型函数组成，利用ｍａｔｌａｂ软件编程获得初级模型，通过ｓｔａｔｉｓｔｉｃａ软件数据处理确定各参数值，以及模型的拟合度；　（５）模型验证，首先由真值作对照，或由国标方法或药典方法或准确度较高方法测得样品被测组分的含量，以此数值作为参照，由非线性模型计算出特征吸收锋处样品吸收值所对应的样品含量，与前述方法所测值比较，求得相对误差、或相对偏差、或标准相对偏差、或加样回收率。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，许兆棠，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]