0551-69105010
拉曼散射是一種基于激光的光譜技術(shù), 由印度物理學(xué)家拉曼(Raman)于1928年首先發(fā)現(xiàn)。作為一種鑒定分子結(jié)構(gòu)的重要手段，拉曼光譜可提供有關(guān)分子振動(dòng)的定量信息。同時(shí)，拉曼光譜又具備無(wú)損傷、無(wú)需標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)，在毒品毒物檢測(cè)以及各種疾病診斷等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
然而在利用拉曼光譜儀測(cè)試中，不可避免的受到熒光背景干擾，出現(xiàn)基線漂移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響拉曼光譜的分析應(yīng)用能力。因此減少基線漂移，提高拉曼光譜信號(hào)的信噪比，變得至關(guān)重要。基線漂移是拉曼光譜儀器測(cè)量過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，會(huì)對(duì)光譜的定性分析產(chǎn)生不利影響。基線校正是利用數(shù)學(xué)算法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的過程，以便于后續(xù)的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的光譜定性。依據(jù)算法原理，常見的基線校正算法包括導(dǎo)數(shù)法、迭代多項(xiàng)式擬合法、分段擬合的算法、移動(dòng)窗口平滑算法、小波變換算法、基于懲罰最小二乘的算法、魯棒基線估計(jì)法。這些算法可在很大程度上消除基線漂移給定性分析帶來(lái)的不利影響，但各有特點(diǎn)和不足。近年來(lái)，針對(duì)上述基線校正算法的不足，研究者相繼開發(fā)了一些改進(jìn)算法和新型的光譜基線校正算法。改進(jìn)的算法有自適應(yīng)最大和最小多項(xiàng)式擬合熒光背景扣除算法、基于子空間向量夾角判定的區(qū)間線性擬合算法、動(dòng)態(tài)移動(dòng)最小二乘多項(xiàng)式平滑算法、確定最優(yōu)小波分解尺度的能量分布法、自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法等；新型的算法包括基于熒光褪色效應(yīng)原理的熒光褪色差分法、基于圖像處理中形態(tài)學(xué)算子的基線校正方法、基于稀疏表示的同時(shí)擬合純光譜和基線的方法等。這些改進(jìn)的和新型的基線校正算法進(jìn)一步改善了光譜質(zhì)量，提高了光譜定量和定性分析的準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性。
近年來(lái)，稀疏/簡(jiǎn)約概念在信號(hào)處理領(lǐng)域備受關(guān)注。因有用信號(hào)自身是稀疏的，或者允許稀疏表示，將稀疏/簡(jiǎn)約概念引入到化學(xué)信號(hào)處理中使有用信號(hào)的表示成為可能。基于此理論，研究者開發(fā)出了許多新穎的光譜基線校正方法。另一種方法是建立聯(lián)合樣品純光譜和基線擬合的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)框架，其擬合性能在高噪聲水平下的表現(xiàn)尤為突出。一種基于匹配追蹤的信號(hào)重構(gòu)的算法(用于信號(hào)稀疏逼近的貪婪迭代算法)，能較好地逼近掩蓋在噪聲中的拉曼光譜信號(hào)，并在信號(hào)重構(gòu)的過程中完成了基線扣除，不需要單獨(dú)進(jìn)行基線校正處理。
最近，盲源信號(hào)處理方法用于拉曼光譜背景校正中，通過獨(dú)立成分分析方法將拉曼信號(hào)與復(fù)雜背景信號(hào)分離,結(jié)合混合熵準(zhǔn)則識(shí)別出拉曼信號(hào)，最后將識(shí)別出的信號(hào)重構(gòu)獲得校正光譜。一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的基線校正算法，可以快捷、有效地去除拉曼光譜的強(qiáng)熒光背景。這兩種方法分別是多元分析方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法在光譜基線校正領(lǐng)域應(yīng)用的體現(xiàn)，有望成為未來(lái)基線校正方法。
文章來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)
文字報(bào)道：李偉
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