回到基础:光谱预处理、衍生品

A.M.C.戴维斯

诺里奇近红外咨询公司75年Intwood路,Cringleford,诺维奇NR4 6 aa,英国。(电子邮件保护)

介绍

你可能会意识到,这是两年多以来,我开始这一系列的“正本清源”(B2B)。它已成为某种尴尬因为我不断寻找差距在我所写的。稍后我们将看到;差距是很重要的!B2B系列的开始之前我写了一个专栏“小麦从谷壳分离”,¹这是关心的最新方法光谱pre-treatment-orthogonal信号校正(OSC)。顺便,我今天提到的大部分预处理使用没有任何评论。在最新的列²请,我提到预处理没有任何介绍和结束说,下次我们会看看其他预处理会给我们改善的结果。必须等待;这个专栏是最基本的预处理,已用于光谱学之前发明了“化学计量学”这个词。半岛综合体育官方APP下载德甲

衍生品

导数光谱开始使用“时光半岛综合体育官方APP下载德甲”的光谱被模拟记录器记录绘制连续黑线在白色的纸上(我不知道实际上有多少读者记住使用它们!)。衍生品在数学上定义为直线的斜率在任何给定的点和实时模拟记录仪有这样做以便情节导数光谱。如果我们导数求导(通常称为二阶导数)这使一阶导数的斜率是事实上的变化率原始频谱斜率,可以继续第三和第四衍生品或更多但是我感到惊讶如果你找到有用的。

如今光谱被记录数字所以本专栏的其余部分是关于“伪”衍生品而不是真正的衍生品,因为基本的想法是,我们可以通过减去一些像导数邻点沿着原始频谱。因此,导数在λ_n是由x_n- - - - - -x_n- 1,x在λ是测量谱吗_n。一阶导数移除一个添加剂基线转移这是非常有用的在近红外光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲然而,第一个衍生品生产高峰原光谱最大斜率和十字架零原高峰,因此而难以解释。近红外光谱也倾向于线性基线增加这些是被二阶导数的负峰值原高峰,因此更容易理解。由于这些原因二阶导数通常是首选。一阶导数的二阶导数是导数公式,x_n- 1 - 2x_n+x_n可以推导出+ 1。图1显示了一个高峰,其第一和二阶导数。我已经改变了尺度,这样他们都在同一地区。现在你可以看到,有一个问题。二阶导数,尤其是看起来吵了。衍生品增加的规模和减少噪音。有两个简单的方法提高性能,均在段和离开之间的差距分用于计算。都是使用。(注意,跨领域的计算动作就像一个窗口,将使用所有的点和计算,除了我们将失去一些点的光谱)。

段和缝隙

在图2中,我绘制了二阶导数谱的谱图1中增加段的大小,你会发现,除了减少噪声峰值的明显的数量也减少了。在图3中我勾勒出相同的峰值使用越来越差,然后结合这两种方法。卡尔·诺里斯一直空白很感兴趣因为他的软件可以优化每个吸收的差距,使用多元回归计划。他³差距应该类似于宽的吸收利用。然而,卡尔的软件不是商用这一般不需要非常详细的优化的衍生品。一望无际的影响计算的“枪战”中的第一个几百光谱数据²图4和图5中可以看到。图4显示了原始光谱,图5显示了第一个原始频谱的二阶导数,然后使用一个空白的三个和一个五段。在这个计算我也乘以1,山峰变得积极,很容易看到他们如何对应于原始。

图4。第一个几百的原始光谱数据“枪战”。²

图5。第一,原始频谱(蓝线)和二阶导数光谱的“枪战”第一个几百光谱数据。²衍生品是计算使用3和一段5的差距。

Savitzky-Golay

我将提到衍生品也可以计算Savitsky和戈利的方法。⁴很复杂,所以如果你想要一个完整的解释你需要咨询一本书。⁵总之,该方法符合通过一小部分的光谱曲线,然后发现曲线切线的斜率在中央点。这是一阶导数。正如我们前面看到的,从第一和二阶导数计算以类似的方式Savitsky-Golay衍生品降低一系列的线性组合测量吸光度,所以他们可能很难理解,但对你的友好的PC计算是微不足道的!这些应用在整个频谱移动窗口。你有选择的数量分窗口和多项式的顺序(但我的建议是停止使用二次方程式论)。

卷积函数段/差距的方法

大卫·霍普金斯⁶表明段/缺口方法还可以减少到一个移动的应用的权重集。所以整个这篇文章可以被几个表的重量,但我想让你明白原则!

结论

衍生品是非常有用的功能删除一些无关的从近红外光谱信号。然而,(除非你有卡尔·诺里斯的软件和知识)产生的光谱仍然含有乘法效应的光散射和性能的方法,如请将改善如果这些可以减少。在我的下一篇专栏文章中,我们将看看两个受欢迎的方法实现它。

引用

1. A.M.C.戴维斯和t•费恩“小麦从谷壳中排序”,半岛综合体育官方APP下载德甲光谱学欧洲bdapp官方下载安卓版14 (2),16 (2002)。https://www.半岛综合体育官方APP下bdapp官方下载安卓版载德甲spectroscopyeurope.com/td-column/sorting-wheat-chaff
2. A.M.C.戴维斯,“回到基础:你第一次请校准”,半岛综合体育官方APP下载德甲光谱学欧洲bdapp官方下载安卓版18 (6),28 (2006)。https://www.半岛综合体育官方APP下bdapp官方下载安卓版载德甲spectroscopyeurope.com/td-column/back-basics-running-your-first-pls-calibration
3. K.H.诺里斯”,理解和修正的因素影响透过率光谱扩散”,近红外光谱的新闻12 (3),6 (2001)。doi:https://doi.org/10.1255/nirn.613
4. a . Savitzky和M.J.E.戈利”,平滑和分化的数据简化的最小二乘法程序”,肛门。化学1627 (1964)。doi:https://doi.org/10.1021/ac60214a047
5. t . Næs伊萨克松t, t·费恩看来,t·戴维斯,一个用户友好的多元校正和分类指南。近红外光谱出版物,奇切斯特(2002)。l
6. D.W.霍普金斯,“诺里斯的导数是什么?”近红外光谱的新闻12 (3),3 (2001)。doi:https://doi.org/10.1255/nirn.611