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    哪里有玩重庆时时彩: 通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610092072.2

    申请日:

    2016.02.18

    公开号:

    CN105606589A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/65申请日:20160218|||公开
    IPC分类号: G01N21/65; G01J3/44 主分类号: G01N21/65
    申请人: 广西科技大学
    发明人: 姚志湘; 粟晖; 刘柳
    地址: 545006 广西壮族自治区柳州市东环路268号
    优先权:
    专利代理机构: 柳州市荣久专利商标事务所(普通合伙) 45113 代理人: 周小芹
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610092072.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.05.29|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,涉及一种拉曼光谱消荧光方法,该方法是利用混合信号中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的不同步,通过调整差减系数,计算出系列前后时刻光谱数据间的差减值,选取峭度最小的差减值,作为荧光褪色度量值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号中含有的荧光分量,逐步从混合信号中扣减荧光分量,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。本发明可真实合理、有效地消除拉曼光谱的荧光,可减少测量时间和信号采集处理难度,所用的设备简单、造价低,易于推广应用。

    权利要求书

    1.一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,其特征在于:该方
    法是利用样品的混合信号S中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的不同步,通过调整差减
    系数,计算出系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧
    光褪色度量值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号中
    含有的荧光分量FS,逐步从混合信号S中扣减荧光分量FS,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼
    信号。
    2.根据权利要求1所述的通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,
    其特征在于:该方法包括以下步骤:
    A、采用拉曼激光探头测量样品的混合信号,固定焦点,设定积分时间,记录至少2组不
    同时刻下的光谱数据;
    B、依次对后一时刻光谱数据乘以系列权值,计算与前一时刻光谱数据的差值,得到系
    列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,计算该差减值的峭度,将峭度对权值作图;
    C、选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量值;
    D、对荧光褪色度量值进行降噪,降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号S中含有的荧
    光分量FS;
    E、从混合信号S中逐步扣减荧光分量FS;通过判断2000cm-1或2500cm-1的任一波数周围
    50~100个数据点的平坦性来确定扣减程度,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。
    3.根据权利要求2所述的通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,
    其特征在于:在步骤B中,所述的系列权值为0.95~1.05。
    4.根据权利要求2所述的通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,
    其特征在于:在步骤D中,所述的对荧光褪色度量值进行降噪选用Savitzky-Golay滤波器,
    选择2阶滤波降噪,窗口宽度为整体信号长度的1/10。
    5.根据权利要求2所述的通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,
    其特征在于:在步骤E中,所述的通过判断2000cm-1或2500cm-1的任一波数周围50~100个数
    据点的平坦性来确定扣减程度的具体方法是:计算拉曼迁移2000cm-1或2500cm-1的任一波
    数周围50~100个数据点范围内的最大值和最小值的差,当差值最小时,基线达到平坦,荧
    光扣减完成。

    说明书

    通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法

    技术领域

    本发明涉及一种拉曼光谱消荧光方法,特别是一种通过峭度判断求取荧光褪色度
    量值的拉曼光谱消荧光方法。

    背景技术

    激光拉曼光谱是一种快速发展的定性定量方法,可以提供与中红外类似的分子光
    谱信息,还具有不容易被水分干扰、非接触和不破坏样品等优点。但是,激光在激发拉曼散
    射的同时,也会激发出荧光,荧光是干扰拉曼光谱可辨识性、影响拉曼信号质量的最主要因
    素。

    近年来发展最快的微型分光拉曼光谱仪,具有结构简单、无需复杂维护的特点,但
    其采用硬件消除荧光干扰会增加设备的复杂程度,例如,利用拉曼光的迁移性和荧光的相
    对稳定,通过双波长激发消除荧光,仪器造价和复杂性都会提升?;褂心壳坝τ玫帽冉隙嗟?br />便携式拉曼光谱仪,其消除荧光的主要手段是基线拟合扣减,即是将光谱基线扣减至初始
    位置,给出荧光消除的表象,实际上,无法做出机理或实质解释,结果不真实,也不合理。此
    外,还有光谱仪利用拉曼光的迁移性和荧光的相对稳定性,通过双波长激发消除荧光,但也
    存在增加设备的造价和复杂性的缺点。

    也有技术利用强光照射导致荧光发射强度下降的褪色效应,通过多次信号平均得
    到不含拉曼成分的荧光信号下降部分,并以此部分为度量,逐步扣除信号中的荧光部分,最
    终得到不含荧光干扰的拉曼信号。但该技术需要假设拉曼光不存在变化,实际上拉曼信号
    在荧光褪色过程中基本维持不变,但需要测量条件严格维持不变;采用多次平均和异常值
    剔除消除拉曼信号的随机变化,增加了测量时间,也增加了信号采集和处理的难度。

    发明内容

    本发明要解决的技术问题是:提供一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼
    光谱消荧光方法,以解决现有技术存在的难以通过硬件消除荧光干扰、结果不真实、增加设
    备的造价和复杂性、增加测量时间和信号采集处理难度的不足之处。

    解决上述技术问题的技术方案是:一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼
    光谱消荧光方法,该方法是利用样品的混合信号S中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的
    不同步,通过调整差减系数,计算出系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,选取峭度最小
    的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色
    度量值作为混合信号中含有的荧光分量FS,逐步从混合信号S中扣减荧光分量FS,最终得到
    不含荧光干扰的纯拉曼信号。

    本发明的进一步技术方案是:该方法包括以下步骤:

    A、采用拉曼激光探头测量样品的混合信号,固定焦点,设定积分时间,记录至少2组不
    同时刻下的光谱数据;

    B、依次对后一时刻光谱数据乘以系列权值,计算与前一时刻光谱数据的差值,得到系
    列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,计算该差减值的峭度,将峭度对权值作图;

    C、选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量值;

    D、对荧光褪色度量值进行降噪,降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号S中含有的荧
    光分量FS;

    E、从混合信号S中逐步扣减荧光分量FS;通过判断2000cm-1或2500cm-1的任一波数周围
    50~100个数据点的平坦性来确定扣减程度,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。

    本发明的再进一步技术方案是:在步骤B中,所述的系列权值为0.95~1.05。

    本发明的再进一步技术方案是:在步骤D中,所述的对荧光褪色度量值进行降噪选
    用Savitzky-Golay滤波器,选择2阶滤波降噪,窗口宽度为整体信号长度的1/10。

    本发明的再进一步技术方案是:在步骤E中,所述的通过判断2000cm-1或2500cm-1
    的任一波数周围50~100个数据点的平坦性来确定扣减程度的具体方法是:计算拉曼迁移
    2000cm-1或2500cm-1的任一波数周围50~100个数据点范围内的最大值和最小值的差,当差
    值最小时,基线达到平坦,荧光扣减完成。

    本发明的原理是:

    光照射会激发产生拉曼光,也会激发产生荧光,荧光会对拉曼光产生干扰;但是两种激
    发并不同步,存在差异,荧光强度会随照射时间推移而逐步减弱。

    光谱仪直接测量的混合信号S由拉曼信号R和初始荧光信号F0,以及一个随时间下
    降的褪色因子A(t)构成,

    S=R+A(t)·F0,

    如果假设没有其他更多因素对混合信号S构成影响,那么,某时刻(i)与后续时刻(i+n)
    的测量信号差值(ΔS),有

    ΔS=S(i)–S(i+n)=[A(i)–A(i+n)]*F0

    ΔS与F0成比例关系,从S中逐步扣减ΔS,就可以消除荧光影响,通过判定拉曼信号是
    否纯粹,得到拉曼信号R。

    而实际上,聚焦距离和激光强度还存在微小变化,从而导致混合信号S发生轻微改
    变,以及噪声E的存在。

    本发明只需要对同一样本两个时刻的测量数据,将时刻1的S1和时刻2的S2表示成

    S1=B1·R+A1·F0+E1,

    S2=B2·R+A2·F0+E2,

    系数B1、B2和A1、A2不构成线性相关,对S1和S2作加减消去,可以得到含随机噪声的F0。采
    用消去过程中峭度值的变化,判断扣减值中是否完全消去了R的贡献,保证后续扣减度量的
    准确性。

    所谓峭度,是反映信号分布特性的数值统计量,是归一化的4阶中心矩。由于拉曼
    信号和荧光信号在频率上存在显著差异,拉曼信号峭度显著大于荧光信号,当信号中不包
    含拉曼信号时,其峭度处于最小值。通过消去过程的峭度变化,识别出拉曼信号是否被完全
    消去。

    由于采用上述结构,本发明之通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧
    光方法与现有技术相比,具有以下有益效果:

    1.可真实合理、有效地消除拉曼光谱的荧光:

    本发明是利用样品的混合信号S中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的不同步,通过
    调整差减系数,计算出系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,选取峭度最小的差减值Δ
    Smin,作为荧光褪色度量值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色度量值作为
    混合信号中含有的荧光分量FS,逐步从混合信号S中扣减荧光分量FS,最终得到不含荧光干
    扰的纯拉曼信号。因此,本发明是通过拉曼信号和荧光信号在频率上存在显著差异,拉曼信
    号峭度显著大于荧光信号,当信号中不包含拉曼信号时,其峭度处于最小值。通过消去过程
    的峭度变化,识别出拉曼信号是否被完全消去,如完全消去得到荧光分量,逐步从混合信号
    S中扣减荧光分量FS,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。因此,本发明可真实合理、有效
    地消除拉曼光谱的荧光。

    2.可减少测量时间和信号采集处理难度:

    本发明是利用样品的混合信号S中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的不同步,通过
    调整差减系数,计算出系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,选取峭度最小的差减值Δ
    Smin,作为荧光褪色度量值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色度量值作为
    混合信号中含有的荧光分量FS,逐步从混合信号S中扣减荧光分量FS,最终得到不含荧光干
    扰的纯拉曼信号。因而本发明解决了现有技术中需要多次累积测量数据,和额外要求限制
    测量条件的缺点,仅需要顺序2-3次采集数据,可大大减少测量时间和信号采集处理难度。

    3.所用的设备简单、造价低:

    本发明的采集要求和采集步骤与现有采集方法无差异,其设备简单、造价低,在不增加
    设备造价、测量附件和改变现有采集步骤的情况下,快速、准确地获得符合实际机理的拉曼
    真实信号,消除了荧光干扰。

    下面,结合附图和实施例对本发明之通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光
    谱消荧光方法的技术特征作进一步的说明。

    附图说明

    图1:实施例一步骤A中测得的光谱图,

    图2:实施例一步骤B中的峭度与权值关系图,

    图3:实施例一步骤B中,采用加权差减和不加权差减的光谱对比图,

    图4:实施例一步骤D所述混合信号中含有的荧光分量光谱图,

    图5:实施例一步骤E中,得到的纯拉曼信号R与原始测量的混合信号S之间的光谱对比
    图。

    具体实施方式

    一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的拉曼光谱消荧光方法,该方法是利用样
    品的混合信号S中不同测量时刻拉曼和荧光信号变化的不同步,通过调整差减系数,计算出
    系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS,选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量
    值,对荧光褪色度量值进行降噪,以降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号中含有的荧光
    分量FS,逐步从混合信号S中扣减荧光分量FS,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。

    该方法包括以下步骤:

    A、采用拉曼激光探头测量样品的混合信号,固定焦点,设定积分时间,记录至少2组不
    同时刻下的光谱数据;

    B、依次对后一时刻光谱数据乘以系列权值,该系列权值为0.95~1.05;计算与前一时
    刻光谱数据的差值,得到系列前后时刻光谱数据间的差减值ΔS;计算该差减值的峭度,将
    峭度对权值作图;

    C、选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量值;

    D、选用Savitzky-Golay滤波器,对荧光褪色度量值进行降噪,选择2阶滤波降噪,窗口
    宽度为整体信号长度的1/10;降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号S中含有的荧光分量
    FS;

    E、从混合信号S中逐步扣减荧光分量FS;通过判断2000cm-1或2500cm-1的任一波数周围
    50~100个数据点的平坦性来确定扣减程度,即是计算拉曼迁移2000cm-1或2500cm-1的任一
    波数周围50~100个数据点范围内的最大值和最小值的差,当差值最小时,基线达到平坦,
    荧光扣减完成,最终得到不含荧光干扰的纯拉曼信号。

    以下是本发明的具体实施例:

    实施例一:

    一种通过峭度判断求取荧光褪色度量值的蔗糖拉曼光谱消荧光方法,包括以下步骤:

    A、采用拉曼激光探头785nm激光激发,测量蔗糖晶体拉曼光谱,固定焦点,设定积分时
    间10s,时间间隔30s测量2次,记录所得光谱,如图1中所示,S1为时刻1的测量光谱,S2为时刻
    2的测量光谱,从该图1中可看出,时刻2的光谱信号强度出现下降,存在荧光褪色现象;

    B、调节时刻2光谱的不同权值,依次对后一时刻光谱数据乘以系列权值,该系列权值为
    0.95~1.05;计算与前一时刻光谱数据的差值,得到系列前后时刻光谱数据间的差减值Δ
    S,计算该差减值的峭度,将峭度对权值作图得图2;从图2可以看出权值为1.028时,峭度最
    小。此外,分别将加权后差减的光谱S3与不加权直接差减的光谱S4作对比如图3所示,从图3
    中可看出,采用加权差减,可以有效消除其中的拉曼成分;

    C、选取峭度最小的差减值ΔSmin,作为荧光褪色度量值;

    D、选用Savitzky-Golay滤波器,对荧光褪色度量值进行降噪,选择2阶滤波降噪,窗口
    宽度为91;降噪后的荧光褪色度量值作为混合信号S中含有的荧光分量FS(参见图4);

    E、从混合信号S中逐步扣减荧光分量FS;通过判断拉曼迁移2000cm-1周围100个数据点
    范围内的平坦性来确定扣减程度,即是计算拉曼迁移2000cm-1周围100个数据点范围内的最
    大值和最小值的差,当差值最小时,基线达到平坦,荧光扣减完成,得到不含荧光干扰的纯
    拉曼信号。将得到的纯拉曼信号R光谱图与原始测量的混合信号S光谱图作对比,如图5所
    示,从该图5中可看出,已经很好消除了原始测量所含的荧光,清晰、合理地表达了拉曼位移
    和峰强度特征。

    因此,本发明解决了现有技术中需要多次累积测量数据,和额外要求限制测量条
    件的缺点,仅需要顺序2-3次采集数据,采集要求和操作步骤与现有采集方法无差异。在不
    增加设备造价、测量附件和改变现有采集步骤的情况下,快速、准确地获得符合实际机理的
    拉曼真实信号,消除了荧光干扰。

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    通过 判断 求取 荧光 褪色 度量 光谱 方法
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