基于自適應(yīng)免疫算法重疊拉曼譜峰的解析

摘 要：受到拉曼光譜自身特點以及運行環(huán)境的限制性因素影響，在應(yīng)用于在線檢測環(huán)節(jié)的過程當中，可能出現(xiàn)譜峰重疊的問題，并對在線檢測的實施效果產(chǎn)生比較不良的影響。為解決這一問題，提高拉曼光譜檢測方法的應(yīng)用效率與精確性水平，本文提出了一種建立在自適應(yīng)免疫算法基礎(chǔ)之上的重疊拉曼譜峰解析方案，對其解析原理進行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；免疫；重疊拉曼譜峰

中圖分類號：G657.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

拉曼光譜的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在兩個方面：其一是產(chǎn)生表征分子振動反應(yīng)現(xiàn)象；其二是產(chǎn)生轉(zhuǎn)動能力差所對應(yīng)的特征頻移。隨著近年來激光技術(shù)的發(fā)展與完善，拉曼光譜技術(shù)的經(jīng)濟性、動作響應(yīng)及時性，檢測記錄實時性等優(yōu)勢得到了進一步的體現(xiàn)，可通過拉曼光譜法進行檢測的對象范圍進一步拓展。在拉曼光譜技術(shù)推廣發(fā)展的過程當中，需要解決的一大難題就在于：如何實現(xiàn)對拉曼譜峰所對應(yīng)信號的完全分離，避免信號重疊。

一、解析原理分析

免疫算法的核心在于：通過對免疫系統(tǒng)中，抗體與抗原相互作用過程的模擬，實現(xiàn)對群體相似性進行控制的目標。對于混合組分特征下，重疊性的拉曼譜峰信號而言，在免疫過程當中，該拉曼譜峰信號具有如下特點：

拉曼譜峰信號= 混合物各組分對應(yīng)濃度·混合物組分在濃度既定條件下對應(yīng)拉曼譜峰信號；

在該計算式當中，n定義為重疊信號所對應(yīng)的組分數(shù)目，i取值為1。按照此種方式，若假定混合物中所構(gòu)成各類組分對應(yīng)拉曼譜峰信號不具有相互重疊關(guān)系，則上式可以變形為：

混合物各組分對應(yīng)濃度=（拉曼譜峰信號，混合物組分在濃度既定條件下對應(yīng)拉曼譜峰信號）/（混合物組分在濃度既定條件下對應(yīng)拉曼譜峰信號，混合物組分在濃度既定條件下對應(yīng)拉曼譜峰信號）；

但對于涉及到信號重疊的拉曼光譜而言，該表達式關(guān)系不成立。為對重疊信號當中各個組分對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)進行提取，就需要通過基于自適應(yīng)免疫算法的方式，以迭代為過程，對重疊信號中的組分信息進行重復(fù)提取處理，該過程中所基于的工作原理為：

反饋向量= 混合物各組分對應(yīng)濃度（信號迭代次數(shù)）·混合物組分在濃度既定條件下對應(yīng)拉曼譜峰信號；

按照以上方式，在獲取混合物組分濃度以及譜峰信號的基礎(chǔ)之上，可以進一步完成對混合物中單個構(gòu)成組分所對應(yīng)拉曼譜峰信息的提取，滿足對混合物進行定量分析的要求。

二、實驗分析

實驗過程中所涉及到的試劑包括：鄰二甲苯分析純試劑，間二甲苯，甲苯，鄰二甲苯甲苯混合液；在線激光拉曼光譜分析儀（實驗過程中，該分析儀工作頻率設(shè)定區(qū)間為400.0～800.0-1，光程長度設(shè)定為500.0mm，激光發(fā)射波長參數(shù)設(shè)定為532.0nm）。

實驗方法為：在正常環(huán)境溫度狀態(tài)下，控制實驗空間完全封閉且弱光，對光譜數(shù)據(jù)進行采集。在線激光拉曼光譜分析儀開機后進行冷卻，冷卻持續(xù)時間為20.0min。冷卻完成后進信號采集作業(yè)。混合樣品經(jīng)在線激光拉曼光譜分析儀進行曝光的持續(xù)時間控制為1.0min，共重復(fù)進行10次信號采集作業(yè)，取平均數(shù)值進行分析。

整個實驗的具體的方法為：將鄰二甲苯分析純試劑，間二甲苯分析純試劑，以及甲苯試劑三類組分標準樣品所對應(yīng)的譜峰信號作為抗體標準，所得到的拉曼譜峰信號示意圖如下圖所示（見圖1）。圖1中，V曲線為該混合溶液所檢出的譜峰信號圖，a1曲線為甲苯試劑所對應(yīng)的解析后拉曼光譜譜峰信號曲線，a2曲線為鄰二甲苯試劑所對應(yīng)的解析后拉曼光譜譜峰信號曲線，a3曲線則為間二甲苯試劑所對應(yīng)的解析后拉曼光譜譜峰信號曲線。同時，h曲線為混合溶液各組分解析后的剩余信號曲線。

結(jié)合圖1，不難發(fā)現(xiàn)，在基于自適應(yīng)免疫算法對重疊拉曼譜峰信號進行解析的基礎(chǔ)之上，h曲線基本平緩，意味著解析后基本無剩余信號。在重復(fù)本法進行10次解析操作后，混合物三種組分的濃度均值與實際配置數(shù)值之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)示意表如下表所示（見表1）。三種組分的解析濃度均值與實際數(shù)值誤差均控制在1.0%范圍之內(nèi)，證實此種方法精確、可靠。

三、結(jié)束語

大量的實踐研究結(jié)果證實：在過程控制中物料檢測作業(yè)的實施過程當中，通過對拉曼光譜測量方法的應(yīng)用，在測量實時性、原位性、以及響應(yīng)動作及時性方面的優(yōu)勢均表現(xiàn)突出，值得重視。

參考文獻：

[1]徐偉，馬兆銘，王克家.深海甲烷激光拉曼光譜原位探測器的研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008（06）：66-68，72.

[2]朱倩，程明霄，丁妍.基于拉曼光譜CCD信號的譜峰識別技術(shù)研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012（12）：12-15.

[3]葛明，鮑芳，姚建林.表面增強拉曼光譜應(yīng)用于標記免疫多組分檢測[J].化學(xué)學(xué)報，2009（20）：2285-2289.

[4]王強，張胤，丁鐵柱.La0.5Sr0.5CoO3薄膜的拉曼譜分析與模擬計算[C].//中國金屬學(xué)會冶金反應(yīng)工程學(xué)會第十三屆（2009年）冶金反應(yīng)工程學(xué)會議論文集，2009：397-402.

[作者簡介]李冬梅（1981.10-），女，山西晉中人，河南廣播電視大學(xué)，講師，工學(xué)碩士，研究方向：智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、軟件開發(fā)。