光谱学与光谱学分析范文第1篇

【摘要】 红外光谱(IR)分析技术是一门发展迅猛的高新技术，与传统分析技术相比，红外光谱分析技术具有分析速度快，样品用量少，无破坏无污染等特点。红外光谱测定的是物质中分子的吸收光谱，不同的物质会有其特征指纹的特性，利用红外指纹图谱技术对中成药进行质量鉴定与分析，借助计算机和模式识别等技术，以综合的、宏观的、非线性的分析理念和质量控制模式来评价中药的真伪优劣

【关键词】 红外光谱; 红外指纹图谱技术

【Abstract】 Infrared spectrum (IR) is a fast developing newly technology. Compared with traditional analysis technology， IR possesses characters of fast analysis， little sample， no breach and no pollution. IR measures the absorption spectrum of molecule， and different substances have different fingerprint patterns. Thus， IR technology can be applied to detect and analyze the quality of traditional Chinese drug. Using the computer， pattern recognition and so on， we can estimate if traditional Chinese drug is real or fake， good or bad under the guidance of comprehensive， macroscopic and nonlinear analysis idea as well as quality control models.【Key words】 infrared spectrum; technology of IR fingerprint

红外光谱分析技术是一门发展迅猛的高新技术， 在分析化学领域里被誉为分析“巨人”，这个“巨人”的出现掀起了一场分析技术革命。 使用传统的分析方法测定一个样品的多种性质或浓度数据需要多种分析仪器， 耗费大量人力、物力和时间，因此成本高，工作效率低，远不能适应现代工业的需要;与传统分析技术相比，IR分析技术能在几十秒甚至几秒内，仅通过对样品的一次IR简单测量，就能同时测定一个样品的几种甚至几十种物质或浓度数据，而且被测样品用量很少，无破坏，无污染，无损伤分析，操作简单，分析成本低[14]。

1 红外光谱分析技术的发展过程红外光谱是研究红外光与物质分子间相互作用的吸收光谱，红外光谱分近红外区(泛频区)波长范围12 500～4 000/cm，中红外区(基本震动区)波长范围4 000～400/cm，远红外区(转动区)波长范围400～25/cm [5]。而近红外区(NIR) 最初于1800年被英国物理学家赫谢耳(William F Hershel)发现， 是人们最早发现的非可见光区域。1835年Ampere利用新发明的热电偶证明了NIR具有同可见光一样的光学性质[5，6]。早期的红外光谱广泛应用棱镜作为单色器，用连续波扫描，分辨率低，但仍在化合物结构表征发挥重要作用。20世纪60年代以后以光栅为单色器，提高了分辨率，曾在传统的农副产品领域中有所应用。而近红外方法作为一种新兴的定量分析方法今年来取得了显著进展，在食品、农产品、烟草等方面尤为突出[7]。20世纪80年代后期曾出现过红外光谱法鉴别中药的某些报道，但由于光谱总体解析知识的贫乏、思路上的保守和缺乏交叉学科的相互渗透，其进展并不显著。20世纪90年代后期以来，出现了将红外光谱法与计算机辅助解析技术有机的结合应用于中药鉴定的若干报道。

2 红外光谱技术

2.1 红外数据库随着计算机的普及红外光谱分析与薄层色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法、高效毛细管电泳法、紫外光谱法、红外光谱法、核磁共振和X射线衍射法、质谱及分子生物学技术连用[8]，为红外光谱的应用开辟了更广阔的领域。随后又有人将红外数据库通过计算机系统运用于红外光谱仪中，即将光谱的数字化形式存放在IBM计算机穿孔卡片上形成红外数据库。目前已建立的红外数据库主要有:(1)ASTM红外光谱;(2)Sadtler谱库;(3)Aldrich/Nicolet凝聚相普图库;(4)Sigma生物化学谱库;(5)Nicolet蒸气相谱库;(6)Georgia州犯罪实验室麻醉剂谱库;(7)多伦多法法庭谱库;(8)Aldrich蒸气相谱库;(9)Sadtler SpecFinder数据库;(10)PE谱库;(11)固体药物FTIR谱库;(12)EPA气相 FTIR谱库。

2.2 红外光谱仪与其他仪器的连用在实际工作中，红外光谱仪经常通过与其他仪器连用。常见的有GC/FTIR联用技术[8];HPLCFTIR联用技术[9，10];TLCFTIR联用技术[11，12];SFCFTIR联用技术[13];TGAFTIR联用技术[1416]等。

范雪芳，等.红外光谱分析技术及其应用

成都医学院学报2009年9月，4(3)

3 红外指纹图谱技术现状红外光谱测定的是物质中分子的吸收光谱，不同的物质会有其特征指纹的特性，目前红外指纹图谱已成为鉴定和分析不同产地及品种的中药材内在质量的重要手段。但由于中药指纹图谱相当复杂，人工比较难掌握结果的准确性，因此将其用于复方中药的鉴定和分析[1720]。对于中药的品种和真伪鉴别，除液相和薄层等以色谱为主的指纹图谱方法外，还可以使用光谱测定的指纹图谱方法，即红外指纹图谱鉴别技术，该技术无需对中药进行提取分离等繁杂的化学处理，而直接进行红外光谱分析检测，是目前中药材及其制剂最直接、快速、准确的鉴定鉴别和质量控制方法。目前我国中药指纹图谱的实施， 已由实验室研究进入到实际应用和作为法定质量标准的阶段。它不仅从图谱的整体特征来综合地鉴别真伪， 还可以以一定的量化参数大致评价中药产品质量的稳定性和一致性。在现阶段， 据此判断原料、半成品、成品的质量相关性、一致性和稳定性， 应用范围包括1094光谱学与光谱分析原料药材的筛选、生产工艺的优化、成品质量的稳定考察、市场商品的质量监控。实践证明， 色谱指纹图谱分析所表达的质量信息远比测试单一成分要丰富得多 [21，22] 。例如天士力集团已将多元色谱指纹图谱分析定为内控方法。对复方丹参滴丸主要化学成分进行了系统分析， 鉴定出10种丹参水溶性成分和20种三七皂苷类成分， 基本揭示了复方丹参滴丸化学物质基础; 能更完整地反映出复杂药产品的化学组成特征， 可用于复中药产品的质量控制[23](各批次的复方丹参滴丸产品中有效成分的含量一致， 确保了复方丹参滴丸质量的稳定) 。

4 红外指纹图谱的应用近两年来红外光谱在中药质控领域取得突破性进展， 突破了检测样品有损、存在大量废弃物的问题， 形成了一种无损、环保的新型检测体系。常规的制药分析样品前处理繁琐， 分析周期较长， 使用有毒有害试剂较多， 常产生大量废气、废液; 相比之下红外光谱分析有如下鲜明的技术特点:分析速度快， 多种成分同时分析， 无污染分析， 样品不需特别的预处理， 不使用有毒、有害试剂， 无损伤分析， 操作简单， 分析成本低。红外光谱技术已在中药材鉴定、中药材炮制、中药注射剂各个领域发挥了重要作用， 分述如下。

4.1 中药材鉴定

4.1.1 常用中药材的深入研究 红外光谱对常用中药的研究已经不局限于通过谱图的差异来作出简单辨别; 而出现两个新的应用研究方向: 一种是在谱图计算机辅助解析方面进行深入研究， 采用多种分析方法挖掘谱图数据信息; 另一种是为了增大样品差异性对样品进行前处理。例如王凤岭等[24 ]利用红外三级鉴定法区别栽培和野生丹参，徐海星等[7]使用不同溶剂对原药材进行提取处理，采用红外光谱图谱鉴别法对提取物进行分析。红外光谱技术应用新进展表现为: 一方面通过应用了不同的溶媒进行试验， 对药材进行提取处理， 增大了样品差异性， 提高了谱图差异化， 更有利于差异性小的药材辨识; 另一方面谱图计算机辅助解析通过量化峰高比、主成分分析、谱图半定量分析、相关二维、神经网络等方面的深入研究，挖掘了更多的谱图数据信息。

4.1.2 地方民族药的鉴别 由于地方民族药还停留在外观形状经验鉴别水平， 相应色谱含量分析较少。因此红外光谱分析技术已迅速被彝、藏、蒙等少数民族医药所接受， 并且在地域性药物鉴别、基原调查、珍稀药材保护等领域进行了有益的尝试。例如杨群等[25]采用傅里叶变换衰减反射红外光谱法对鸡根、大红袍两种彝药药材进行了快速无损的红外光谱测定;关昕璐等[26]采用红外光谱法直接测定藏药翼首草不同产地、不同药用部位的红外光谱， 并比较了它们的红外光谱差别;徐良等[27]用红外三种光谱法对四种蒙药材进行了鉴别研究，四种药材粉末的红外光谱有明显区别。红外光谱在地方民族药中的应用， 打破了其长期缺乏有效质控方法的局面。与此同时， 红外光谱也将成为地方民族医药核心质控技术。

4.2 中药材炮制红外指纹图谱用于中药炮制品的鉴别是可行的， 特别是二维相关的使用， 使炮制过程不再成为不可控的过程; 且红外光谱法样品制备简单， 仪器设备普及性强， 在中药饮片的快速鉴别与过程监控中具有一定的优势。例如鲍红娟等[28]利用红外光谱技术分析研究河南道地药材怀菊花及其炮制品， 找出怀菊花、炒菊花和菊花炭的红外光谱和二阶导数谱的“指纹”特征。

4.3 中药注射剂红外光谱在重要注射剂中同样发挥重要作用，例如王晶等[29]将红外光谱技术应用于中药注射剂鉴别; 潘艳丽[30]研究黄金菊粉针(金莲花、野菊花、金银花) 药效组分的红外指纹表征。

5 结语随着红外光谱与色谱指纹图谱在解决中药质量标准与检验方面优势的显现， 中药质控领域结合自身实际情况对其在该领域的研究进行了有效的延伸与扩展， 基本形成以红外光谱为定性、半定量分析， 色谱指纹图谱为定量分析的两大模式; 在药物质量控制过程中， 红外光谱可以应用于前道质量控制与样品稳定性考察; 色谱指纹图谱可以应用于后续重点成份指标含量控制; 两者互相渗透、互为补充， 为中药现代化铺平了道路。

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光谱学与光谱学分析范文第2篇

关键词：香烟分类；高光谱成像技术；焦油量；无损检测；香烟烟丝；图谱合一 文献标识码：A

中图分类号：TN911 文章编号：1009-2374（2015）23-0063-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.033

烟草是我国重要的经济作物，早在半个世纪之前，利用近红外光谱分析技术对烟草进行了大量的无损检测研究，国外的许多学者根据不同烟草类型建立了相应近红外光谱分析模型对烟叶所属的品种（白肋烟、烤烟）或不同产地（美国本地、非美国产）均得到了较好的正确判别结果，相对而言，国外的应用水平较为领先。国内近红外光谱分析技术应用于烟草始于1995年，经过几十年的发展，国内烟草行业目前对近红外技术的应用已十分广泛。尽管近红外光谱技术用于烟草行业的无损快速检测能够应用于过程分析，然而非成像近红外光谱技术不适合于定量分析和分散性样品分析，由于外界因素的干扰不能有效剔除，其模型建立后需要不断进行维护修正并且测试灵敏比较低，相对误差比较大。近年来，高光谱成像技术不仅在农产品安全检测方面的应用取得了良好效果，也大量应用在农情监测作物长势的性状信息研究中。随着成本的降低，从最初航空、卫星遥感的应用平台，扩展到为近地应用提供了可能。将高光谱成像技术应用到烟草行业的品质与安全性检测中，可以综合得到产品内外品质的全面检测信息，这种内外品质信息兼备的特征，使得高光谱图像技术在烟草行业的无损检测方面具有较大的应用前景。现阶段利用高光谱成像技术进行烟草行业的无损检测还处于研究和发展阶段，随着光谱分辨率的不断提高，高光谱成像能够记录的烟草品质信息会越来越丰富。

1 材料与方法

1.1 实验设计

本实验选用北京中南海8mg、四川娇子（时代阳光）、上海红双喜（硬）、黄果树（典藏）、南京（特醇）俗称红南京、云烟（红）、都宝（新）7种中低档价格大众定位的香烟品种，分别对这7种香烟的烟丝在室内进行实验。每个品种类型的香烟选取两支香烟的烟丝量，取出两支香烟的烟丝进行高光谱图像信息采集。为了保证室内暗室环境，实验选择在晚上19∶00以后的密闭实验室内进行数据采集，采用卤钨灯照射香烟烟丝样品，样品到光谱仪镜头的垂直距离选择为65cm，导轨速度为2mm/s。

1.2 香烟烟丝光谱成像光谱数据预处理

1.3 香烟烟丝理化值含量

记录烟盒上给出的每种香烟的焦油量、烟气烟碱量、一氧化碳量理化值的标准数值，用于采集的每个品种香烟的烟丝平均光谱数值建立模型进行相关分析，其理化值参数如表1所示：

本实验所用的香烟样品量，每个种类的香烟使用两根香烟的烟丝量，因此在后续参照每个类型的香烟烟丝理化值的标准值时，都会相应采集2倍的香烟烟丝理化值含量作参照。

2 结果

2.1 不同品种香烟烟丝的成像光谱图

本文在ENVI里从高光谱数据立方体中利用R、G、B三原色的特征波长（680nm、550nm、450nm）提取出不同种类的香烟烟丝高光谱成像图（如图1所示）。从图中我们可以很直观地分析辨别7种香烟的烟丝色泽、分布信息状况的变化，进而发现这7种香烟烟丝的差异，说明利用高光谱成像技术可直观对香烟烟丝的类别进行定性识别分析。

2.2 不同烟丝的高光谱反射率曲线对比分析

采集每个类型的香烟烟丝高光谱成像数据，通过换算预处理得到香烟烟丝的高光谱反射率曲线图（如图2所示），并对其进行分析。由结果可知：7种香烟烟丝所提取的光谱反射率曲线基本一致，都在400～500nm的可见光区，光谱曲线出现吸收谷，并在680nm处也有轻微反射吸收谷且无波峰出现，这与查阅文献的绿色植被的光谱反射率曲线不同，这一特征可用来区分识别烟草烟丝与其他绿色经济作物。进一步结合香烟烟丝内部的组分信息变化分别对香烟烟丝焦油量和烟碱量进行分析，达到图谱合一化，表明基于高光谱成像可以从图像和光谱两个角度对香烟烟丝的焦油量和烟碱量进行分析。

2.3 香烟烟丝的理化值预测模型构建

在400～1000nm波长范围内，提取出7种香烟烟丝的平均光谱反射率值，分别与采集到的7种香烟的焦油量和烟碱量两种理化值采用偏最小二乘法（PLS）建立相关预测模型分析。首先利用偏最小二乘法（PLS）建立7种香烟烟丝光谱反射率与焦油量的预测模型，建模结果如表2所示，其建模结果模型相关系数R=0.67。烟碱量俗称尼古丁，利用7种香烟烟丝的光谱反射率值与所采集的香烟烟碱量采用偏最小二乘法（PLS）建立烟碱量的预测模型，建模结果如表3所示，其建模结果模型相关系数R=0.68。由香烟焦油量和烟碱量两种理化值模型的建模结果可知：采用高光谱成像技术对香烟烟丝组份信息的定量识别是可行的。

3 结语

本文分别选用北京中南海8mg、四川娇子（时代阳光）、上海红双喜（硬）等7种大众化香烟的烟丝，利用成像光谱仪采集其光谱图像，综合利用高光谱成像技术图谱合一的特点，对香烟烟丝进行对比分析，利用偏最小二乘法（PLS）建立7种香烟烟丝光谱反射率与焦油量的预测模型，焦油量建模结果模型相关系数R=0.67，烟碱量建模结果R=0.68。利用高光谱成像技术对香烟烟丝的无损检测识别能与烟草的理化值含量具有很好的相关性，焦油量和烟碱量两个典型理化值的模型建模结果相关系数效果较好。进而说明，采用高光谱成像技术对香烟烟丝组份信息进行无损检测识别是可行的。今后还需进一步对不同品种的香烟烟草进行定性分析，并可对田间烟草的长势监测进行定性、定量分析或对不同品种的香烟烟草成分信息进行深入分析比较。

参考文献

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光谱学与光谱学分析范文第3篇

关键词：自适应；免疫；重叠拉曼谱峰

中图分类号：G657.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

拉曼光谱的应用价值主要体现在两个方面：其一是产生表征分子振动反应现象；其二是产生转动能力差所对应的特征频移。随着近年来激光技术的发展与完善，拉曼光谱技术的经济性、动作响应及时性，检测记录实时性等优势得到了进一步的体现，可通过拉曼光谱法进行检测的对象范围进一步拓展。在拉曼光谱技术推广发展的过程当中，需要解决的一大难题就在于：如何实现对拉曼谱峰所对应信号的完全分离，避免信号重叠。

一、解析原理分析

免疫算法的核心在于：通过对免疫系统中，抗体与抗原相互作用过程的模拟，实现对群体相似性进行控制的目标。对于混合组分特征下，重叠性的拉曼谱峰信号而言，在免疫过程当中，该拉曼谱峰信号具有如下特点：

拉曼谱峰信号= 混合物各组分对应浓度・混合物组分在浓度既定条件下对应拉曼谱峰信号；

在该计算式当中，n定义为重叠信号所对应的组分数目，i取值为1。按照此种方式，若假定混合物中所构成各类组分对应拉曼谱峰信号不具有相互重叠关系，则上式可以变形为：

混合物各组分对应浓度=（拉曼谱峰信号，混合物组分在浓度既定条件下对应拉曼谱峰信号）/（混合物组分在浓度既定条件下对应拉曼谱峰信号，混合物组分在浓度既定条件下对应拉曼谱峰信号）；

但对于涉及到信号重叠的拉曼光谱而言，该表达式关系不成立。为对重叠信号当中各个组分对应的信息数据进行提取，就需要通过基于自适应免疫算法的方式，以迭代为过程，对重叠信号中的组分信息进行重复提取处理，该过程中所基于的工作原理为：

反馈向量= 混合物各组分对应浓度（信号迭代次数）・混合物组分在浓度既定条件下对应拉曼谱峰信号；

按照以上方式，在获取混合物组分浓度以及谱峰信号的基础之上，可以进一步完成对混合物中单个构成组分所对应拉曼谱峰信息的提取，满足对混合物进行定量分析的要求。

二、实验分析

实验过程中所涉及到的试剂包括：邻二甲苯分析纯试剂，间二甲苯，甲苯，邻二甲苯甲苯混合液；在线激光拉曼光谱分析仪（实验过程中，该分析仪工作频率设定区间为400.0～800.0-1，光程长度设定为500.0mm，激光发射波长参数设定为532.0nm）。

实验方法为：在正常环境温度状态下，控制实验空间完全封闭且弱光，对光谱数据进行采集。在线激光拉曼光谱分析仪开机后进行冷却，冷却持续时间为20.0min。冷却完成后进信号采集作业。混合样品经在线激光拉曼光谱分析仪进行曝光的持续时间控制为1.0min，共重复进行10次信号采集作业，取平均数值进行分析。

整个实验的具体的方法为：将邻二甲苯分析纯试剂，间二甲苯分析纯试剂，以及甲苯试剂三类组分标准样品所对应的谱峰信号作为抗体标准，所得到的拉曼谱峰信号示意图如下图所示（见图1）。图1中，V曲线为该混合溶液所检出的谱峰信号图，a1曲线为甲苯试剂所对应的解析后拉曼光谱谱峰信号曲线，a2曲线为邻二甲苯试剂所对应的解析后拉曼光谱谱峰信号曲线，a3曲线则为间二甲苯试剂所对应的解析后拉曼光谱谱峰信号曲线。同时，h曲线为混合溶液各组分解析后的剩余信号曲线。

结合图1，不难发现，在基于自适应免疫算法对重叠拉曼谱峰信号进行解析的基础之上，h曲线基本平缓，意味着解析后基本无剩余信号。在重复本法进行10次解析操作后，混合物三种组分的浓度均值与实际配置数值之间的对应数据示意表如下表所示（见表1）。三种组分的解析浓度均值与实际数值误差均控制在1.0%范围之内，证实此种方法精确、可靠。

三、结束语

大量的实践研究结果证实：在过程控制中物料检测作业的实施过程当中，通过对拉曼光谱测量方法的应用，在测量实时性、原位性、以及响应动作及时性方面的优势均表现突出，值得重视。

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光谱学与光谱学分析范文第4篇

关键词：光谱解析；教学；改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）29-0104-02

有机化合物光谱解析作为结构鉴定的重要方法，是主要包括紫外光谱法、红外光谱法、核磁共振光谱法、质谱法，是药学、药剂、制药、中药学等专业的一门重要的专业基础课。波谱解析课程由于涉及知识面广、知识点抽象、信息量大、数据的经验性较强，难以用传统的板书教学形式表述清楚。因此，如何调动学生的学习积极性，熟练利用四大光谱的基本理论，分析谱图数据准确的解析化合物的结构，一直是授课教师积极探索的重要课题。

一、合理构建课程体系，激发学习兴趣

波谱解析以无机化学、有机化学、分析化学等课程为基础，知识面广，实用性强，理论抽象，是理论与实际相结合的学科。[1]因此，如何使学生尽快进入角色，激发他们的兴趣和自觉学习的行为，是教学成功的关键因素。学生在学习这门课程的过程中，普遍存在这样的现象：即使理解了四大光谱的基本原理，但让他们运用相关知识去解析具体化合物的谱图时却不知所措。因此，要合理构建课程体系，充分注意四大光谱需要掌握的重点和难点，谱图数据与化合物结构之间的关系。可以引入文献上或网络上的新药研究与结构解析方面的典型事例，如“反应停”事件解释立体结构确定的重要性，由吗啡结构确定长达150余年到当前谱学技术的快速发展，激发学生的学习兴趣，增强学习的动力。

二、关注学科前沿发展，及时更新教学内容

不断调整和更新教学内容，既要注重基本理论知识，又要注重学科前沿技术的发展，使二者很好地衔接起来并融入到课堂教学中，保持课程教学内容的先进性、科学性。例如近红外光谱技术对中药材和中成药的鉴别，核磁共振技术在药物活性筛选过程中的应用，有机化合物立体化学研究方法（CD谱、ORD谱以及Mosher法），二维核磁共振技术（HMBC、HSQC、1H-1HCOSY、NOESY）、二阶导数红外光谱、二维相关红外光谱，等等。同时，注重将教师的最新科研成果转化为教学内容，如将教师在科研工作中获得的新型骨架的天然产物的光谱图，在课堂上进行分析讨论，不仅有助于学生了解典型的天然产物的结构，而且能够使学生充分意识到这门课程的用途。还可以不定期地邀请国内外波谱学专家或天然产物化学家为学生进行专题讲座，介绍学科最新发展动态。

三、加强实践教学改革

有机化合物光谱解析实践性较强，实验课是该课程的重要组成部分，理想的实验教学能加强抽象的理论知识的理解。针对理论课内容理解和消化的关键环节，适当增加实验教学，学生不仅有助于熟练解析谱图，还能够掌握测试四大光谱时样品的预处理、仪器参数的选择等，具体包括对化合物纯度的要求、核磁和紫外光谱测试时溶剂的选择、红外谱图测试溴化钾压片的方法、根据化合物性质如何选择质谱的离子源，测试数据的处理，等等。教师在实验过程中可以针对仪器的注意事项和理论课的内容提出问题，让学生讨论分析，培养他们分析与解决实际问题的能力。实验结束后，要求学生总结四大光谱（UV、IR、NMR、MS）的原理，让他们掌握如何应用现有波谱学知识对实验得到的谱图进行解析的能力。要积极开展设计性实验，集天然产物的提取分离与结构解析为一体，激发学习的积极性与主动性，为学生日后从事科学研究奠定良好的基础。

四、采用启发式、互动式、联系对比式教学方法

有机化合物光谱解析知识点琐碎、内容抽象、大量为经验性数据，初学者普遍反映信息量大、枯燥无味。在传统的单向传授的教学模式中，教师灌输知识点，学生死记硬背，不利于激发学习的积极性和主动性。教学活动只有将教师的讲授和学生的主动思考有机结合起来，才能激发他们的好奇心和求知欲，他们才会对所学的内容记忆深刻。因此，要积极探索启发式、互动式教学方法，引导学生主动分析与思考，并通过精讲巧问来培养他们的独立思考和钻研问题的能力。在讲解具体的基本理论时，以幻灯片的形式将有代表性的化合物的实际测试图谱展示给学生，学生积极调动所学的理论知识，仔细地、深层次地分析光谱的特征信息和内在规律。解析的过程中，学生可以向授课教师提问、自由讨论，最后由学生得出结论，教师对学生得出的结论进行点评。通过这种灵活的互动式的教学方式，使学生更加深入地掌握理论知识。教师还要善于运用联系对比式教学方法，从某一具体化合物的光谱数据出发，总结这种类型的天然产物的光谱学特征，如根据槲皮素的光谱数据总结黄酮醇类化合物光谱特征，使学生掌握的光谱知识系统化，从而提高他们识谱、解谱的能力。

五、不断革新教学手段

随着计算机信息技术的发展，现代多媒体集图像、文字、声音于一体，成为最具潜力的教学手段之一。波谱解析的数据经验性较强，没有具体图谱的感性认识，学生会感到抽象难懂，教师可以将授课内容制成幻灯片，增加各类化合物的特征图谱和化合物的结构，涉及立体化学内容时充分利用分子模型模拟、Flash软件的功能进行教学，增加信息量的传授。将以往从数据到结构的教学模式转变为图谱――数据――结构的教学模式，提高学习效果。

六、多样的考核形式

考试是检验学生对该课程的掌握程度和评价教师教学效果的一种重要方式。[2]为了全面反映学生对知识的融会贯通能力和解决实际问题的能力，在有机波谱分析课程考核模式上进行改革，改变过去一张考卷定成绩的传统方式，采用三个结合的考试模式，即开卷考试和闭卷考试相结合、期末成绩和平时成绩相结合（平时成绩30%，期末成绩70%）、理论成绩和实验成绩相结合（实验课30%，理论课70%）。通过闭卷形式，学生在复习的过程中，自己总结四大光谱的原理，整理分析它们之间的联系与区别，理顺知识脉络，通过这样的复习过程，他们对所学知识的印象会更加深刻。通过开卷考试，主要考察学生对典型的已知小分子化合物的谱图的解析能力。这种评定方式更加突出学生的知能力和素质培养，调动了学生学习的积极性，提高了他们应用基础理论知识去解决实际问题的能力。

参考文献：

光谱学与光谱学分析范文第5篇

Abstract： In the field of spectroscopy, electrochemical analysis and chromatography, the signal overlap is a common phenomenon, and how to conduct the decomposition of overlapping signals in a limited hardware environment by mathematical methods becomes a more practical meaningful task. The related research status at home and abroad was introduced from four types of common mathematical methods in this paper.

关键词： 重叠峰；分解；数学方法

Key words： overlapping peaks；decomposition；mathematical method

中图分类号：O17文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）04-0197-01

1重叠峰分解的实际意义

在光谱研究领域，重叠的光谱信号是比较常见的。例如，①在紫外-可见光谱分析中：在苯和甲苯的混合体系及苯、甲苯和二甲苯等混合体系中，各组分紫外光谱严重重叠；复合维生素B片剂的吸收光谱中，维生素B1，B2，B6和烟酰胺4组分严重重叠；二甲酚橙（XO）-CTMAB-Cu、Cd、Ni显色体系各组分吸收光谱相互重叠。铈组稀土元素的性质极其相似，因此其5种元素的吸收光谱严重重叠。②在荧光光谱分析中：利用偏振X射线荧光技术分析铁磁性永磁材料粉末时，Si和Sr谱线完全重叠；医院营养输液常用的复合氨基酸注射液中包含色氨酸和酪氨酸，而此二组分的荧光光谱严重重叠等等。此外，重叠现象在化学领域的电化学分析、色谱分析中也同样存在。重叠现象给进一步的定性和定量分析都带来了困难。对于这样的问题，通过硬件手段如改进仪器来提高信号的分辨率通常受到资金或工作条件等现实问题的制约。因此，往往通过数学手段把仪器未能完全分离的多个谱峰给以分解，得到重叠峰信号中的各子峰或组分的相关信息（如峰形状、峰位置、半峰宽和峰高度）的估计值。而随着计算机的发展，计算技术的提高，与计算机相结合的信息理论、多元统计分析法、数学最优化等数学方法被利用于重叠峰的分解，并逐渐成为了现代光谱分析的热点。

2国内外研究现状

对于采用各种计算方法分解光谱重叠峰的研究已有不少报道，其中分光光度法、荧光光谱、ICP-AES等重叠峰的解析已发展比较成熟。目前常见的数学方法有四类：

2.1 双波长、三波长法、导数光谱法其中导数光谱法是分辨重叠峰的一种常用的较为成熟的方法。1953年Hammond等人首先提出。其基本原理是对原吸收曲线进行一阶、二阶至四阶求导，然后对得到的各阶导数光谱进行分析。从而来确定重叠峰的个数、重叠峰位及改善谱线分辨率等。关于导数法定研究及报道有很多，如王超群利用导数法探讨了其在X射线衍射分析中的应用；Windig讨论了二阶导数光谱在自模式分析技术中的应用，以及相应的平滑方法。但导数法存在一个显著缺点：随着求导次数的增加，噪声也随之增加，在高阶导数中，信号可能被噪声完全淹没，因而，通常，每求一阶导数之后都需要滤除噪声来提高信噪比。

2.2 最优化方法最小二乘法作为一种判断拟合效果优劣的评价标准而经常被使用，从而将问题转化为寻优问题。而解决此最优化问题的方法有很多相关研究和报道：如：何锡文等周兴风等分别讨论了线性规划方法的使用；孙桂玲等使用Newton-Raphson逐步逼近法和最速下降法对高斯峰进行分离；此外还有Cauchy法、直接搜索法、单纯形法、DFP法及共轭梯度法等。

最小二乘法的缺点是当各组分光谱严重重叠时（数学上叫共线性），如正规矩阵的秩接近零，此时的方程组近乎病态方程组，实验中的微小误差或是计算中间过程数据位数的取舍都会引起计算结果的大幅波动，此时最小二乘法不适用。

2.3 多元统计法由于传统最小二乘法的缺点，出现了许多改进方法。如：Wold在1966年提出的偏最小二乘法；王镇浦等讨论了CPA矩阵法；因子分析法更是被广泛研究，白洁玲通过迭代目标转换因子分析应用于4种混合色素溶液吸附伏安法波谱的解析来对其进行同时测定；进化因子分析与消秩方法被用于重叠光谱分析。这些方法各自在不同程度上克服了最小二乘法的缺点。

2.4 利用信息处理的理论1979年，Poulisse首次将卡尔曼滤波原理用于多组分体系分光光度分析中，使多组分体系的含量测定归结为对重叠光谱曲线进行快速滤波的过程。这个思想不仅带来了一种新的重叠峰分解的方法同时还启发了分析工作者，使人们认识到，谱数据处理与通讯技术中的信息处理过程很相似，完全可以借鉴其数学工具。上世纪90年代，能解决非线形拟合的人工神经网络技术也被广泛应用求解多组分浓度，不足之处是需要大量样本学习，很复杂且耗时。遗传算法作为一种全局的寻优方法，也逐渐被应用于谱图分析及重叠峰分解等方向的研究。使用数学方法对重叠峰分解的优点在于它对硬件要求不高，只需在一定的实验条件下，获取足够的实验数据，借助计算机强大的运算能力，运用数学方法进行计算，能够获取准确度较高的对重叠峰解析的结果，基本上可以满足一般检测和分析的要求，因此其发展前景相当广阔，见诸于专业刊物的研究。报告显示，使用软件后处理的研究和应用正广泛开展。

参考文献：

[1]吴军，杨梅，陈坚.人工神经网络辅助紫外光谱测定苯和甲苯的含量.新疆医科大学学报，2005，28（6）：519-520.

[2]吴军，杨梅.人工神经网络用于紫外光谱同时测定苯和甲苯及二甲苯的含量.理化检验-化学分册，2006，42（7），511-513.

[3]何池洋，孙益民，陈友存等.人工神经网络应用于维生素B族4组分同时测定.浙江大学学报（理学版），2002，29（2）：160-165.

[4]方艳红，王琼，徐金瑞.分光光度法结合人工神经网络同时测定铜、镉和镍.光谱实验室，2005，22（4）：782-784.

[5]郑静，林开利，周伟良等.人工神经网络-分光光度法同时测定合金钢样中的铈组稀土元素.分析试验室，2004，23（11）：14-17.

[6]罗立强，詹秀春.应用遗传算法拟合偏振X射线荧光重叠谱.光谱学与光谱分析，2008（2）：704-706.