了得網工業技術_拉曼光譜在紡織品纖維成分快速分析中的應用

內容簡介

本書繫統介紹了拉曼光譜分析理論、拉曼光譜分析儀器、拉曼光譜化學計量方法，並重點解析了拉曼光譜技術在紡織品纖維成分快速篩查中的應用研究。為便於讀者理解和應用，附錄列舉了拉曼光譜分析中常見的預處理及建模方法的源代碼等相關參考資料。

本書可供從事紡織品檢測領域的拉曼光譜分析技術研究的科技工作者、分析測試者，以及相關專業大專院校學生參考閱讀。

第1章引言1
1.1 拉曼光譜技術的發展歷程2
1.1.1 拉曼光譜儀器的發展5
1.1.2 化學計量學與拉曼光譜7
1.1.3 應用領域的發展9
1.1.4 我國拉曼光譜分析技術和儀器的發展和研究現狀20
1.2 拉曼光譜技術的研究展望22
1.2.1 拉曼增強技術22
1.2.2 拉曼儀器發展新方向23
1.2.3 拉曼光譜快速檢測的應用24
參考文獻24
第2章拉曼光譜分析基礎32
2.1 拉曼光譜產生機理32
2.1.1 拉曼效應32第1章引言1

1.1 拉曼光譜技術的發展歷程2

1.1.1 拉曼光譜儀器的發展5

1.1.2 化學計量學與拉曼光譜7

1.1.3 應用領域的發展9

1.1.4 我國拉曼光譜分析技術和儀器的發展和研究現狀20

1.2 拉曼光譜技術的研究展望22

1.2.1 拉曼增強技術22

1.2.2 拉曼儀器發展新方向23

1.2.3 拉曼光譜快速檢測的應用24

參考文獻24

第2章拉曼光譜分析基礎32

2.1 拉曼光譜產生機理32

2.1.1 拉曼效應32

2.1.2 拉曼散射的選擇定則38

2.1.3 拉曼峰散射光強38

2.1.4 振動頻率和轉動頻率40

2.1.5 拉曼的噪聲和降噪方法41

2.2 拉曼光譜的特點44

2.3 常用拉曼光譜分析技術46

2.3.1 傅裡葉變換拉曼光譜技術46

2.3.2 顯微共焦拉曼光譜技術47

2.3.3 表面增強拉曼光譜技術48

2.3.4 激光共振拉曼光譜技術50

2.4 拉曼光譜分析流程53

2.4.1 定量分析方法53

2.4.2 模型傳遞方法54

參考文獻56

第3章拉曼光譜的預處理方法62

3.1 概述62

3.2 熒光背景扣除方法63

3.2.1 Savitzky-Golay方法64

3.2.2 全自動背景扣除算法65

3.2.3 自適應迭代重加權懲罰*小二乘算法67

3.3 Fourier 變換方法69

3.3.1 Fourier變換的基本性質71

3.3.2 離散Fourier變換及光譜多重性效應71

3.3.3 FFT及其在光譜中的應用73

3.4 小波變換方法75

3.5 拉曼光譜波長區間的選擇77

3.5.1 CARS方法77

3.5.2 Random Frog方法80

參考文獻83

第4章拉曼光譜的定性與定量分析86

4.1 概述86

4.2 拉曼光譜定性分析方法（模式識別法）87

4.2.1 模式空間的幾種距離與相似性度量87

4.2.2 特征抽取方法90

4.2.3 模式識別的數據預處理方法91

4.2.4 有監督的模式識別方法：判別分析法92

4.2.5 無監督的模式識別方法：聚類分析法101

4.2.6 投影的模式識別方法108

4.3 拉曼光譜定量分析方校正）112

4.3.1 主成分與偏*小二乘法回歸法112

4.3.2 人工神經網絡115

參考文獻117

第5章拉曼光譜法快速定性定量分析紡織品纖維成分120

5.1 概述120

5.2 紡織品纖維成分定性定量分析的傳統方法121

5.2.1 纖維成分定性鋻定標準121

5.2.2 纖維成分定量分析標準126

5.3 紡織品纖維成分定性定量分析的新方法——拉曼光譜法130

5.4 紡織品纖維成分快速篩查案例132

5.4.1 床上用品纖維成分快速篩查的意義132

5.4.2 床上用品假冒偽劣特征135

5.4.3 國內外床上用品纖維成分檢驗鋻定技術現狀分析146

5.4.4 床上用品纖維成分檢驗鋻定方法有效性評價150

5.4.5 基於拉曼光譜的床上用品纖維成分現場檢驗鋻定新方法研究159

5.5 研究成果服務工作193

5.5.1 研究成果服務工作的應用範圍193

5.5.2 研究成果服務工作案例194

5.5.3 研究成果服務工作的應用前景196

參考文獻197

附錄A 光譜預處理算法代碼199

A.1 air-PLS199

A.2 Mean-Centering201

附錄 B 建模算法代碼203

B.1 Partial Least Squares203

B.2 Partial Least Squares-Linear Discriminant Analysis205

附錄C 模型評價算法代碼208

C.1 Leave-One-Out Cross Validation208

C.2 Double Cross Validation212

附錄D 異常值剔除算法代碼215

D.1 Outlier Detection215

附錄 E 變量選擇算法代碼218

E.1 Uninformative Variable Elimination218

E.2 Iteratively Retain Informative Variables219

E.3 Interval Random Frog227

前言

前言

拉曼光譜分析是20世紀20年代逐步發展起來的一項分析技術。激光器技術的提高、傅裡葉變換技術的發展及化學計量學的引入，大大地降低了提取物質相關信息的難度，使拉曼光譜分析技術的應用範圍得到了拓寬，拉曼光譜分析進入了一個全新的時代。前言

拉曼光譜分析是20世紀20年代逐步發展起來的一項分析技術。激光器技術的提高、傅裡葉變換技術的發展及化學計量學的引入，大大地降低了提取物質相關信息的難度，使拉曼光譜分析技術的應用範圍得到了拓寬，拉曼光譜分析進入了一個全新的時代。

成分分析是紡織產品必不可少的檢測項目。準確地檢測出紗線、布料或面料中的纖維成分及含量是紡織生產管理、產品分析設計等生產企業重點關注的問題，同時也是監督抽查、質量驗證等政府監督部門執行權力的依據。目前紡織纖維常用的定性鋻別和定量分析方法存在兩種明顯的弊端：人力消耗大和環境污染嚴重。顯微鏡測定法和手工拆分法需要大量的人力進行操作，容易出錯，效率低且存在一定的主觀性。化學溶解法用到大量高濃度無機酸堿和有機溶劑，產生高腐蝕性的廢液，對環境造成嚴重污染，同時嚴重危害檢測人員的身體健康。纖維成分定性定量分析方法在檢驗效率與環境保護等方面表現出來的不足對纖維成分的定性定量分析技術向更高層次的發展提出了新的要求。質檢體繫在向高效、節能、環保的大方向發展，纖維紡織產品的檢測方向也必須緊跟步伐。拉曼光譜是一種振動光譜，與物質自身的結構相關，拉曼光譜技術對樣品無損傷，測試前不需要特殊前處理過程，可提供快速、簡便、無損傷的定性定量分析，是實現高效、節能、環保的一種有效途徑。本書共有5章，內容涉及拉曼光譜分析理論、拉曼光譜分析儀器、拉曼光譜化學計量學方法及軟件，以及拉曼光譜技術在紡織品纖維成分快速篩查中的應用研究等。為了便於讀者的理解和應用，本書還附錄列舉了涉及拉曼光譜預處理及建模方法的源代碼等相關參考資料。

本書的編寫獲得了多項國家質檢總局科研課題的支持，本書的部分內容取自這些科研項目的成果，感謝王向欽、肖敏、廖銀琳、楊永偉、姚盼盼、湛權、雲永歡、王為婷、莫月香、黃昊來等同志的辛勤勞動和幫助。

鋻於拉曼光譜分析技術發展迅速和作者知識的淺薄，本書難免存在缺點和錯誤，敬請讀者指正。

吳淑煥

2015年6月於廣州

廣州纖維產品檢測研究院

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