第33卷，第2期 2013年2月
光谱学与
百光谱分
Spectroscopy and Spectral Analysis
基于净信号的乙醇含量拉曼光谱分析方法研究
李庆波，于超，张倩喧
Vol.33,No. 2,pp390-394 February,2013
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京100191
摘要拉受光谱检测技术由于其快速、无提等优点可以满足工业现场测量的要求，因此已经广泛地应用于各种定量定性的分析领域。酒精度即乙醇含最的体积比是酒类产品品质检测中的关键参数，开发乙醇含量实时、使捷的检测系统对酒类产品生产具有重要的意义。将净信号分析方法应用于乙醇水落滋拉曼光谱的定量分析中，将乙醇的净信号与其浓度建立一元线性回归模型，结果表明，基于净信号回归的乙醇拉受光谱定量分析方法，相比较于特征峰强一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型，不仅提高了模型的预测精
度，增强了模型的稳健性，便于模型传递，而且模型算法简洁、稳定，便于实现便携式仪器的开发，关键词拉受光谱：净信号：定量分析；乙醇水落满
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2013)02-039005
了建模精度及模型的稳健性。
原理与算法 1
白酒是人们日常生活中的重要消费品，其主要成分是乙
醇，如何快速、准确的测定白酒中酒精度即乙醇含量是降低成本，提高产品质量的重要因素之一。在国标别定法中，白酒额精度采用比重法测量，其测定过程比较累项、费时、费力。因此，建立乙醇含量实时、快速的无损检测系统对酒类产品生产具有重要的意义[1-3]。
拉曼光诺作为一种新的无损分析检测技术，主要应用在分子结构分析、键态特征分析和定性鉴定等领域[+]。基于拉受光谱的定量分析主要应用在水溶液样品分析，因为拉变散射强度与样品浓度存在关联性，并且受水分含量的影响非常小，样品的拉变散射信号比较强。对于乙醇含量的拉变光谱定量分析，目前主要集中在两种方法，一种是采用特征峰强度进行一元线性回归；一种是利用化学计量学方法进行多元线性回归。这两种方法都是基于光谱强度本身进行建模，当光诺数据存在着因测量条件不同而引起的扰动误差时，模型的稳健性比较差。
针对拉曼光谱定量分析中测量条件变动引起的模型稳健性差的间题，提出了一种基于净倍号分析的建模方法，对拉曼光谱进行净信号分析，得到不含任何干扰的净信号，利用其范数与乙醇含量建立一元线性回归模型，并将该方法应用于乙醇含量的拉曼光谱分析中，与传统的一元线性回归和偏最小二乘方法进行效果比较。结果表明，该方法有效地提高
收稿日期：2012-07-04，修订日期：2012-10-29
净信号是由以色列Negev核研究中心的Avraham Lorber提出的7]。Lorber将净信号定义为样晶信息中待测成分的有用组分信息，即正交于样品光谱信息中其他干扰信息的部分。对于样品中的某一待分析成分面言，其净信号是唯一的，不包含其他组分的干扰信息，且具有直观准确的特点。因此，物质的净信号可以进行定量分析，更加准确地描述光谱与被测成分浓度之间的数学关系。图1为净信号分析的原理示意图。
Suae S4
Fig.1
The principle of net analyte signal
由定义可知，组分的净信号是正交于其他纯光谱所组成的空间的信息，因此，组分的净信号St可以表示为
St (IS-S4)
(1)
其中，I为单位矩阵，S-为不包含s的纯光谱组成的矩阵
基金项目：长江学者和创新团队发展计划项目（IRT0705)和北京航空航天大学蓝天新星项目资助
作者简介：李庆波，女，1975年生，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院副教授万方数据
e-mail; qbleebuaa@buaa edu. cn