第34卷，第4期 2014年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34,No. 4 -pp972-976
April;2014
基于近红外光谱和最小二乘支持向量机的聚丙烯酰胺类型鉴别
张红光：杨秦敏，卢建刚
浙江大学控制科学与工程学系，工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027
摘要提出了一种基于近红外光谱分析技术和最小二乘支持向量机的鉴别方法，能够快速、无损鉴别聚丙烯酰胺的三种类型。获取非离子，阴离子和阳离子等三种类型的聚内烯酰胺样本的近红外漫反射光谱，用主成分分析方法对样本光谱数据进行降维，并提取主成分。基于前三个主成分对三种类型的聚丙烯酰胺样本进行聚类分析，并将主成分作为最小二乘支持向量机的输人。通过基于网格搜索的交叉验证方式优化最小二乘支持向量机的参数和作为其输人的主成分个数。每种类型聚丙烯酰胺各采集60个样本，共采集180 个样本，每种类型样本随机选取45个样本，共135样本作为训练样本集，剩余45个样本作为测试集。为了验证该方法能否鉴别掺假样本，制备广掺人不同比例非离子聚内烯酰腰的5不阴离子和5个阳离子聚内烯酰胺样本。采用基于训练样本集交叉验证预测误差的F统计显著性检验方法来确定样本的鉴别结果误差闻值。结果表明，预测测试集时，准确率为100%。预测10个混和样本时，所有混合样本都被准确识别出。说明该方法能快速无损鉴别不同类型的聚丙烯酰胺并且具有掺假鉴别能力，为聚丙烯酰胺类型的快速鉴别提供了一种新方法。
关键词近红外光谱；主成分分析；最小二乘支持向量机；聚内烯酰胺
中图分类号：0657.3，TH744.1文献标识码：A
引言
聚丙烯酰胺是一类水溶性高分子聚合物，由于其具有特
殊的物理化学性质，已经产泛应用于国民经济各个行业，享有“百业助剂”之称"“。按离子特性，聚丙烯酰胺可以分为不司类型，应用比较广产泛的是非离子、阴离子和阳离子这三种类型的聚丙烯酰胺。
非离子聚内丙烯酰胺（non-ionicpolyacrylamide，NPAM）是丙烯酰胺聚合生成的高分子聚合物，常常作为污水处理剂，尤其是当款浮性污水显酸性时采用NPAM较为合适。此外NPAM还可用于自来水净化，作为纺织工业助剂，土壤保湿剂以及用于防沙固沙。
阴离子聚丙烯酰胺（anionicpolyacrylamide，APAM）是丙烯酰胺与阴离子单体丙烯酸共聚形成的高分子聚合物，往往用于工业废水处理，对于PH值为中性或碱性的污水，处理效果最好。也可用于淀粉厂及酒精厂的流失淀粉、酒糟的回收，还能作为造纸助剂，提高生产效率。
阳离子聚丙烯酰胺（cationicpolyacrylamide，CPAM）是收稿日期：2013-06-25，修订日期：2013-11-20
DOI; 10, 3964/j. issn. 1000-0593(2014 )04-0972-05
聚丙烯酰胺和阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵聚合生成的高分子化合物，主要用于污泥脱水。也用于污水和有机废水的处理，对悬浮颗粒带阴电简的污水进行絮凝沉淀，处理效果要比NPAM和APAM好的多。还用于油田，提高石油开采效率。
不同类型的聚丙烯酰胺有不同的用途，正确鉴别类型直接影响使用效果。但NPAM，APAM和CPAM的外观很相似，不易直接鉴别。目前常采用的鉴别方法是反应判别法，需要配制溶，比较麻烦，而且是有损鉴别方法还要消耗试剂，不利于快速鉴别。此外，运输储存过程中由于操作失误而发生不同类型产品混合以及由于CPAM价格明显高于 NPAM，有些经销商将NPAM掺人CPAM中谋取非法利益，无论是APAM中掺人NPAM还是CPAM中掺人 NPAM，从外观上无法判别，此时反应判别法也束手无策。因此需要提出一种鉴别方法能够快速、无损鉴别聚丙烯酰胺类型以及鉴别某种类型产品中是否掺人其他类型产品。
近红外光谱分析技术作为一种快速、无损、低成本的分
新技术，已经广产泛应用于食晶、农业、医药、石化等领域3-5]。目前已有很多学者利用近红外光谱技术进行物质品
基金项目：国家（973计划)项目（2012CB720500），国家自然科学基金项目（21076179)资联作者简介：张红光，1987年生，浙江大学控制科学与工程学系博士研究生
e-mail : hgzhang@ ipe -zju .edu -cn
*通讯联系人e-mail：jgluipe.zju.edu.en