第36卷，第6期 2016年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36 ,No. 6 pp1771-1774
June,2016
拉曼光谱定量分析乙醇含量的非线性回归方法研究
孙兰君，张延超，任秀云，付石友，田兆硕哈尔滨工业大学(威海)信息与光电子研究所，山东威海264209
摘要传统拉曼特征峰峰比法一般采用线性回归法建立乙醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度实现之醇定量分析，但仅在较低浓度范围适用。针对这一问题，采用自主研制的邀光拉变之醇含量检测系统实验研究了不同浓度乙醇溶液拉变光谱特征峰（非对称CH2伸缩振动2924.0cm-1)与本底水峰（3350 cm-")相对强度关系，提出适用于大范围乙醇浓度测量的非线性回归分析方法。利用邻域平均算法去除拉曼光谱突变噪声，结合多点插值处理实现光谱基线校准。基线校准及归一化处理后，可有效消除突变噪声及强荧光背景的影响。分别采用二次多项式和e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归并与线性回归分析进行对比，结果表明，线性拟合相关系数约为0.991，线性回归模型乙醇浓度准确测量的适用范围为15%~60/：非线性拟合相关系数高于0.997，非线性回归模型之醇浓度精确测量的适用范围为3%～97%。非线性数学模型可为乙醇溶液浓度定量分析提供理论基础，将该数学模型应用于乙醇含量检测系统，可实时反演较为精确的乙醇浓度，从而实现大浓度范围内具有荧光背景干扰的乙醇溶液快速、实时、准确的定量分析。
关键调激光拉曼光谱；乙醇浓度；非线性回归；定量分析
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2016 )06-1771-04
醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度，线性关系对低浓度乙醇含量检测有效适用。然而当乙醇浓度较高时，由于分子之间的引力作用导致分子振动模式的变化}，拉曼光
乙醇溶液浓度的实时、快速、准确的定量测定对于食品工业、药品制造和市场检验具有重要意义。激光拉曼光谱作为一种新型无损检测技术具有快速、高效、录灵敏、无需样品预处理等优点，可以用于乙醇含量的定量分析[1-3]。目前基于激光拉变光谱技术的乙醇定量分析的一股检测方法有：(1)从乙醇溶液的拉曼谱图中选取两个乙醇分子特征振动峰强度比值，建立二者比值与乙醇浓度之间的函数关系”；(2选取一个乙醇谱峰强度与水的谱峰强度比值建立二者比值与乙醇浓度的函数关系[4]：（3)测量乙醇特征峰随浓度变化的频移量实现浓度测量[5-1]，频移法测量对系统光谱分辨精度要求较高，系统成本较高。拉曼特征峰峰比法只需寻找乙醇或水的特征峰值进行比值，对仪器光谱分辨精度要求不高，具有简单、直接、成本低的特点，运用有效的数据处理方法可实现之醇含量的快速实时检测，
传统拉变特征峰峰比法测量一般采用线性回归法建立之收稿日期：2015-02-03，修订日期：2015-06-14
谱强度并非线性变化，因此对于高浓度乙醇溶液线性拟合关系不再适用。本文针对不同浓度乙醇含量与特征峰比值关系提出非线性拟合算法，采用滤光片结合去荧光算法对实验数据进行处理，为大浓度范围的乙醇溶液较为精准的定量分析提供方法。
实验部分
拉变受光谱测量系统采用自主研制的激光拉变之醇含量检
测系统，如图1所示，系统主要由激光器、分光系统、面阵 CCD和计算机组成。系统采用405nm激光作为激发光源，功率100mW，可连续或脉冲工作；光谱分光系统分辨率2 nm，根据乙醇含量检测需求，测量的光谱范围为440～500 nm；面阵CCD采集的光谱数据可由计算机获取并处理，由 labwiew软件编写，可实时多次测量并显示拉变光谱并保存
基金项目：国家白然科学基金项目（41306092），山东省白然科学基金项目（ZR2013DQ026），山东省科技发展计划项目（2011GHY11514），中
央高校基本科研业务费专项资金项目（HIT.NSRIF.2016087资助
作者简介：孙兰君，女，1987年生，哈尔滨工业大学博士研究生
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