[發明專利]一種基于紅外光譜成像的液態樣品的分子間相互作用表征方法

有效

• 申請號: 202110448045.5
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113514415B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 俞漢青;錢晨;杜蒙;陳潔潔
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/3577
• 分類號: G01N21/3577
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉樂

1.一種基于紅外光譜成像的液態樣品的表征方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)采用薄膜負載待檢測液體，干燥后，得到待測物，通過顯微紅外光譜儀，獲取待測物的載體上待測樣品的面紅外光譜數據；

2)通過對待測樣品的面紅外光譜數據進行多組分分解，再結合相對濃度的空間分布，利用殘差二維插值法，計算得到基線分布，再扣除基線，對光譜進行優化；

所述結合相對濃度的空間分布具體為，對每個像素點，計算其在濃度空間的位置到原點的歐幾里得距離，再得到所有像素點歐幾里得距離的中位數距離，將小于中位數距離的點歸類為基線所屬；

所述殘差二維插值法具體為，根據基線屬性的樣點作自然臨近內插，對外圍點作e指數為權重的外插，外插得到的基線值；

所述優化的具體過程包括，對原面紅外光譜數據扣除基線處理后，進行第二次多組分數據分解，同樣得到濃度分布；

以n組分濃度為坐標繪制各點在n維空間的分布，依據各點對各坐標軸的夾角歸類；挑選小角度點作為對應組分代表，對其殘差強度和濃度值進行基于最小二乘法的回歸分析，依據斜率、擬合優度值和迭代步長，去修正光譜數據；

3)迭代步驟2)，直至光譜穩定，得到待測物樣品中各組分的修正光譜和殘差；

所述步驟3)后，還包括可視化處理步驟；

通過可視化處理，研究液態樣品中各組分之間的相互作用是否發生和/或相互作用的發生機理。

2.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述薄膜包括超薄薄膜；

所述薄膜的厚度為0.1～50μm；

所述薄膜包括聚合物薄膜和/或無機物薄膜；

所述待測樣品包括多組分的待測樣品。

3.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述干燥的方法包括冷凍干燥；

所述顯微紅外光譜儀的面紅外掃描模式包括液氮冷凍條件下的紅外透射模式；

所述多組分分解中，使用非負最小二乘法去擬合光譜曲線。

4.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述多組分分解后，得到分解完全的各組分二維濃度矩陣和三維殘差矩陣；

所述二維濃度矩陣作為數據點分類的依據；

所述三維殘差矩陣中包含了相互作用的信息。

5.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述迭代具體為，將多組分分解、結合相對濃度的空間分布進行殘差二維插值得到基線分布、扣除基線后再分解以及對光譜進行優化，四個步驟反復迭代，直至光譜穩定；

所述光譜穩定具體為，達到最大迭代次數或迭代前后的光譜差異度量值小于等于迭代閾值；

所述最大迭代次數為10～100次；

所述迭代閾值為10^-3～10^-6。

6.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括以下步驟：

21)調取數據庫中的純組分的初始光譜，利用非負最小二乘法，將面紅外光譜數據進行多組分分解，得到不同像素處對應的各組分濃度值；

22)對上述步驟得到的同像素處對應的各組分濃度值，求取相應的歐幾里得距離，然后得到所有歐幾里得距離的中位數值，依據該中位數值進行歸類，對于歐幾里得距離小于該中位數值的像素點，被歸為基線插值樣點；

通過對上述基線插值樣點的分解殘差逐波數進行插值，得到整個樣品平面上的光譜基線；

23)對面紅外光譜數據去除上述步驟得到的光譜基線后，進行第二次數據分解，同樣得到濃度分布；

以n組分濃度為坐標繪制各點在n維空間的分布，依據各點對各坐標軸的夾角歸類；挑選小角度點作為對應組分代表，對其殘差和濃度值進行回歸分析，依據斜率、擬合優度值和迭代步長修正光譜；

所述小角度點的閾值小于等于π/4。

7.根據權利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述可視化處理包括通過顏色標度映射圖進行可視化處理；

所述研究的方式包括，根據顏色標度映射圖判斷是否存在或存在幾種相互作用；

和/或，選取角度范圍將不同種類相互作用對應的紅外光譜分離出，進行機理分析。

8.根據權利要求7所述的表征方法，其特征在于，所述可視化處理的具體步驟包括以下過程：

依據最后一次迭代得到的濃度數據，在XOY平面作C_A～C_B的點分布圖，在極坐標系下重新考察每個數據點；將極角θ∈[0,π/2]作m等分，每個數據點根據其θ值歸入m個角度類中，每個角度中各光譜作權重為極徑值ρ的加權平均，得到殘差光譜關于角度分布的顏色標度映射圖；

所述m為9～180；

根據顏色標度映射圖判斷是否存在或存在幾種相互作用，選取角度范圍將不同種類相互作用對應的紅外光譜分離出，進行機理分析。