（化学专业论文）化学计量学在多组分体系分析中的应用研究.pdf

原创性声明 | i i i j iiii ii i i iti ii r l ri il y 18 8 8 6 5 8 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得内蒙古大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名：翅笙生 日期： 丝! ! ：! 指导教师签名：壶兰益煎， 日期： 丝! ! ：墨：2 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文为 保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学作者今后使用 涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用于发 表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表 学位论文作者签名：至娅 日期：芝旦! ：! 指导教师签名：虫竖垒选指导教师签名：塑玉二丛生! 立 日期： 砬：笸：2 内蒙古大学硕士学位论文 化学计量学在多组分体系分析中的应用研究 摘要 基于现代分析化学手段的仪器化与信息量测的多样化的特征，联用仪器及 相关化学计量学方法的发展为复杂化学体系的分析提供了强有力的手段和广阔 的前景。本论文以多组分体系为研究目标，利用化学计量学方法实现对实际样 本的快速定性定量分析。 本文作者通过利用紫外可见及荧光光谱结合化学计量学方法，在多组分体 系的定量分析方面进行了应用研究。主要涉及以下几个方面： 在论文的第二章，利用正交信号校正( o s c ) 一小波包变换( w p t ) 一偏 最d 、- - - 乘法( p l s ) ( 0 s c 唧l s ) 新方法，用于不经分离同时测定光谱严重 重叠的f e ( i i i ) 、a i ( i i i ) 和b e ( i i ) 的混合物。该法结合o s c ，w p t 和p l s 三种技 术提高提取特征信息的能力和回归质量。所测三种金属离子可与铬天青s 和溴 化十六烷基吡啶( c p b ) 在p h = 5 6 0 的邻苯二甲酸氢钾n a o h 缓冲溶液中发生 高灵敏度和低选择性的显色反应。一个名为p o s c 帅l s 的程序被设计并执 行相关计算。实验结果显示o s c w p t - p l s 方法是成功的且优于p l s 方法。此 外，论文在第四章也采用上述方法对不经化学分离直接解析荧光光谱严重重叠 的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸混合体系进行了测定，所得结果令人满意。 在第三章中，运用直接信号校正( d o s c ) 小波包变换( w p t ) 一偏最d 、- - - 乘法( p l s ) ( d o s c w 盯p l s ) 的新方法，用于解析荧光光谱严重重叠的邻苯 二酚，间苯二酚和对苯二酚混合物，并对其进行测定。该法将d o s c ，w 盯及 内蒙古大学硕士学位论文 p l s3 种方法结合从而提高了获取特征信息的能力和回归质量。处理该3 组分的 荧光光谱数据，并实现了3 种化合物的同时测定。设计了p d o s c w p t p l s 程序 执行相关计算，并对3 种化学计量学方法( d o s c - w p t - p l s 、w p t - p l s 和p l s ) 进行比较。d o s c _ i ，s 、w p t - p l s 和p l s 的总体相对预测标准偏差分别 为4 3 、7 7 、1 1 5 ，表明d o s c w p t l p l s 法优于w f f - p l s 法和p l s 法c 将该法用于测定自来水中邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚的含量，其回收率分 别为9 9 一1 0 7 、9 5 1 0 8 和9 8 1 0 4 ，结果满意。同样在第五章运用此方 法对荧光光谱严重重叠的维生素b l 、b 2 和b 6 三组分混合体系进行了同时测定， 结果令人满意。 关键词：化学计量学，同时测定，多组分 1 1 内蒙古大学硕士学位论文 a p p l i c a t i o no fc h e m o m e t r i c st ot h ea n a l y s i so fm u l t i c o m p o n e n t s y s t e m s a b s t r a c t t h eb a s i cf e a t u r eo fm o d e m a n a l y t i c a lc h e m i s t r yi s i n s t r u m e n t a t i o no f m e a s u r e m e n ta n dd i v e r s i f i c a t i o no fi n f o r m a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e m h y p h e n a t e da p p a r a t u sa n dr e l a t e dc h e m o m e t r i cm e t h o d s ，p o w e r f u lt e c h n i q u e sa n d e x t e n s i v ep r o s p e c t sa r ep r o v i d e dt od e a lw i t hc o m p l e xc h e m i c a ls y s t e m s t h i s r e s e a c ha i m sa tr a p i d l ya n a l y z i n gr e a lm u l t i c o m p o n e n ts a m p l e sq u a l i t a t i v e l ya n d q u a n t i t a t i v e l yu s i n gc h e m o m e t r i cr e s o l u t i o nm e t h o d s i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o ru t i l i z e du v - v i s i b l ea n df l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p y c o m b i n e dw i t hc h e m o m e t r i c sm e t h o d s ，a n dd i ds o m ew o r ki nt h er e s e a r c ho f m u l t i c o m p o n e n ts y s t e m s s t u d i e sp r e s e n t e di n t h et h e s i sp r i m a r i l yd e a lw i t ht h e f o l l o w i n ga s p e c t s ： i nt h es e c o n dc h a p t e r , am e t h o dn a m e do s c w p t p l sa p p r o a c hb a s e do np a r t i a l l e a s ts q u a r e ( p l s ) r e g r e s s i o nw i t ho r t h o g o n a ls i g n a lc o r r e c t i o n ( o s c ) a n dw a v e l e t p a c k e tt r a n s f o r m ( 唧) a sp r e p r o c e s s e dt o o l sw a sd e v e l o p e df o rr e s o l v i n gt h e m i x t u r eo ff e ( i i i ) 、a i ( i i i ) a n db e ( i i ) w i t hs e v e r eo v e r l a p p i n gs p e c t r aw i t h o u tp r i o r s e p a r a t i o n t h em e t h o dc o m b i n e st h ei d e a so fo s ca n d 、聊w i t hp l sr e g r e s s i o nf o r e n h a n c i n gt h ea b i l i t yi nt h ee x t r a c t i o no f c h a r a c t e r i s t i ci n f o r m a t i o na n dt h eq u a l i t yo f r e g r e s s i o n t h et h r e em e t a li o n sd e t e r m i n e dc a nr e a c tw i t hc h r o m a z u r o lsa n dc e t y l p y r i d i n i u mb r o m i d e ( c p b ) i nt h ep o t a s s i u mh y d r o g e np h t h a l a t e s o d i u mh y d r o x i d i i i 内蒙古大学硕士学位论文 b u f f e rs o l u t i o na tp h = 5 6t of o r mt e r n a r yc o l o u r e dc o m p l e x e sh a v i n gh i g hs e n s i t i v i t y a n dp o o rs e l e c t i v i t y ap r o g r a mn a m e dp o s c w p t p l sw a sd e s i g n e dt op e r f o r mt h e r e l a t i v ec a l c u l a t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h eo s c w p t p l sm e t h o dw a s s u c c e s s f u la n db e t t e rt h a np l sm e t h o d s i na d d i t i o n ，t h i sm e t h o dw a sa l s ou s e di nt h e f o u r t h i nc h a p t e ra sap r e p r o c e s s e dt o o lf o rt h es i m u l t a n e o u sf l u o r e s p e c t r o p h o t o m e t r i c d e t e r m i n a t i o no ft r y p t o p h a n ，t y r o s i n ea n dp h e n y l a l a n i n ew i t ho v e r l a p p i n gp e a k s ，a n d s a t i s f a c t o r yr e s u l t sw e r eo b t a i n e d i nt h et h i r dc h a p t e r , ad o s c w p t - p l sm e t h o db a s e do np a r t i a ll e a s ts q u a r e s ( p l s ) r e g r e s s i o nw i t hd i r e c to r t h o g o n a ls i g n a lc o r r e c t i o n ( d o s c ) a n dw a v e l e tp a c k e tt r a n s f o r m ( w p t ) a sp r e p r o c e s s e dt o o l sw a sp r o p o s e df o rt h es i m u l t a n e o u sf l u o r e s p e c t r o p h o t o m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fc a t e c h o l ，r e s o r c i n o la n dh y d r o q u i n o n ew i t ho v e r l a p p i n gp e a k s t h em e t h o dc o m b i n e sd o s ca n dw 盯w i t hp l sr e g r e s s i o nf o re n h a n c i n gt h ea b i l i t yi nt h ee x t r a c t i o no fc h a r a c t e r i s t i ci n f o r m a t i o na n dt h eq u a l i t yo fr e g r e s s i o n i nt h i sc a s e ，s i m u l t a n e o u sf l u o r e s p e c t r o p h o t o m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fc a t e c h o l ，r e s o r c i n o la n dh y d r o q u i n o n eo fs y n t h e t i cu n k n o w ns a m p l e sw a sf u l f i l l e db a s e do np r o c e s s i n gt h ed a t ao ft h e i rf l u o r e s c e n e s p e c t r a t h r e ek i n d so fc h e m o m e t r i cm e t h o d s ( d o s c w p t - p l s ，w p t - p l sa n dp l s ) w e r ea p p l i e di nt h i ss t u d yf o rc o m p a r i s o n t h er e l a t i v es t a n d a r de r r o r so fp r e d i c t i o n ( r s e p ) o b t a i n e df o ra l l c o m p o n e n t su s i n gd o s c w p t - p l s ，w p t - p l sa n dp l sw e r e4 3 ，7 7 a n d11 5 ，r e s p e c t i v e l y e x p e r i m e n t a lr e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h a tt h ed o s c w p t - p l sm e t h o dh a dt h eb e s tr e s u l ta m o n gt h e t h r e em e t h o d sa n dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e d i nt h ed e t e r m i n a t i o no ft h ec o n t e n t i v 内蒙古大学硕士学位论文 so fc a t e c h o l ，r e s o r c i n o la n dh y d r - o q u i n o n ei nt a pw a t e r t h e i rr e c o v e r i e sw e t e9 9 - 1 0 7 ，9 5 一1 0 8 a n d9 8 一1 0 4 ，r e s p e c t i v e l y a l s oi nt h ef i f t h c h a p t e r , t h e m e t h o dw a sp r o p o s e df o rt h es i m u l t a n e o u sf l u o r e s p e c t r o p h o t o m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fv i t a m i nbl ，v i t a m i nb 2a n dv i t a m i nb 6w i t ho v e r l a p p i n gf l u o r e s c e n c es p e c t r a ，a n dt h er e s u l tw a ss a t i s f a c t o r y k e yw o r d s ：c h e n o m e t r i c ，s i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o n ，m u f i c o m p o n e n t s v 内蒙古大学硕士学位论文 目录 摘要一i a b s t r a c t i i i 第一章光度分析法和化学计量学的概述1 1 光度分析法1 1 1 紫外一可见分光光度法1 1 2 荧光分光光度法1 2 化学计量学2 2 1 化学计量学的发展。2 2 2 化学计量学在分析化学中的应用进展3 2 3 化学计量学的发展前景3 3 本论文研究内容及意义4 第二章原理部分5 1 化学计量学原理5 1 1 正交信号校正法( o s c ) 一5 1 2 小波包变换法( w p t ) 6 1 3 偏最小二乘法( p l s ) 6 1 4o s c w p t p l s 法7 2 o s c ，w 阿和p l s 法的优缺点7 第三章用化学计量学技术同时测定铁、铝和铍8 1j ； i 言8 2 实验部分8 v i 内蒙古大学硕士学位论文 2 1 仪器和试剂8 2 2 实验方法9 3 结果与讨论9 3 1 试样的吸收光谱9 3 2 测定条件的最佳化1 0 3 3o s c w p t p l s 方法1 0 4 结束语1 2 第四章荧光光度法同时测定邻苯二酚，间苯二酚和对苯二酚1 3 1 引言1 3 2 实验部分1 4 2 1 仪器和试剂1 4 2 2 实验方法1 4 3 结果与讨论1 4 3 1 试样的荧光光谱1 4 3 2 混合物体系荧光波长范围的选择1 5 3 3 酸度的选择1 6 3 4d o s c w 删s 方法。1 7 3 5d o s c w p t - p l s ，w p t - p l s 和p l s 方法的比较1 8 3 6 水样的分析1 8 3 7 干扰试验1 9 3 7 1 相似有机物干扰1 9 3 7 2 无机离子干扰1 9 v i i 内蒙古大学硕士学位论文 4 结束语1 9 第五章多维数据数据分析法同时分辨三种荧光光谱严重重叠的氨基酸2 0 1 引言2 0 2 实验部分2 0 2 1 仪器和试剂。2 0 2 2 实验方法。2 1 3 结果与讨论2 1 3 1 荧光光谱。2 1 3 2 混合物体系荧光波长范围的选择2 2 3 3 不同p h 值对荧光强度的影响。2 3 3 4o s c 唧一p l s 方法2 3 3 5o s c w p t - p l s 、w v r - p l s 和p l s 方法的比较2 5 3 6 线性范围及检出限2 5 3 7 精密度2 6 3 8 实际样品的测定：2 6 3 9 干扰试验2 7 4 结束语一2 7 第六章化学计量学一荧光光度法同时测定维生素b l 、b 2 和b 6 。2 8 1 引言2 8 2 实验部分。2 8 2 1 仪器及试剂。2 8 2 2 实验方法2 9 v i i i 内蒙古大学硕士学位论文 3 结果与讨论2 9 3 1 荧光光谱2 9 3 2 激发波长和扫描范围的选定31 3 3 实验条件的选择31 3 4 体系荧光强度的影响因素。3 2 3 4 1 溶剂的影响3 2 3 4 2 温度与放置时间的影响3 3 3 5d o s c 一唧一p l s 方法3 3 3 6d o s c 一唧一p l s ，岍一p l s 和p l s 方法的比较。3 4 3 7 线性范围的测定3 5 3 8 精密度及检出限3 5 3 9 实际样品的测定3 5 4 0 干扰试验3 6 4 结束语3 6 参考文献3 7 总结与展望4 1 致谢4 3 攻读硕士学位期间发表的论文目录4 4 i x 内蒙古大学硕士学位论文 1 光度分析法 第一章光度分析法和化学计量学的概述 1 8 5 2 年b e e r 提出了比尔定律之后，分光光度法成为一种重要的、常用的分析手段【l 】。以 分子吸收光谱为基础的紫外一可见区分光光度分析法具有设备简单、适用性广、准确度和精 密度较好等特点，己在地质、环境、能源、材料、食品等科学中发挥着重要作用，尤其是随 着多元络合物、胶束增敏光度法、有机试剂等的发展，它已经成为应用最广泛的分析手段之 一。分光光度法的早期应用集中在无机分析化学领域，即对为数众多的无机离子和化合物进 行定性分析或定量测定。有机物的光度分析较无机物的开展晚，但发展十分迅速，已经从定 性、半定量分析发展到定量分析，方法的灵敏度和选择性也有了很大的提高，能够用光度法 进行分析测定的物质种类也在不断增加。近几年来，随着生命科学的发展，有机物光度分析 的研究和应用热点主要集中在生物、临床、药物等方面。光度法在多组分分析中的应用历来 受到大家的广泛关注和重视，世界各国都进行这一领域的相关研究。在多组分分析中，分光 光度法占2 9 1 ，色谱法占2 5 5 ，荧光、化学发光法占2 4 ，与光度法有关的方法共计占 3 1 5 t 2 1 ，由此可见，光度法是多组分分析最常用的方法之一。光度法在多组分分析中的可靠 性可以和色谱法相媲美，但其设备简单、操作方便、价格低廉、易于普及等特点是色谱法难 于做到的。 1 1 紫外可见分光光度法 紫外一可见分光光度法3 1 主要是由于具有共扼结构有机化合物分子的电子跃迁而产生 的。物质的紫外最大吸收波长和吸光系数与结构有关，是物质定性分析的一种可靠的方法。 大部分物质都是有机物，能够在紫外区产生吸收峰，所以紫外分光光度法是有机物的分析测 定的首选方案。紫外一可见分光光度法由于仪器简单、操作方便、准确度高而成为分析化学中 的一个重要手段，但同时也存在着灵敏度较低的缺点。而无论有机物还是无机物，通过特定 的化学反应，其产物在可见区的摩尔吸光系数都比在紫外区大。通过加入各种特定的化学试 剂，借助这些加入试剂与待测物的灵敏的显色或褪色反应，在可见区就可以测定许多有机物， 具有选择性好、灵敏度高的特点。 1 2 荧光分光光度法 荧光是分子吸收了较短波长的光( 通常是紫外和可见光) ，在很短时间内( 延迟几纳秒至几 内蒙古大学硕士学位论文 微秒) 发射出较照射波长长的光。荧光光谱是一种发射光谱。根据物质的荧光波长可确定物质 分子具有某种结构；与一般分光光度法相比，具有灵敏度高( 浓度可低至1 0 4 p g m 1 ) 、选择性 强、所需试样量少( 几十微克或几十微升) 等特点，被广泛应用于痕量分析【4 】，特别适用于生 物体液中药物或代谢产物的分析，荧光分析法1 5 , 6 1 能提供比分子吸收光谱较多的物理参数( 激 发光谱、发射光谱、荧光强度、量子产率、荧光寿命等) 。发光强度可在3 4 个数量级范围 内成线性关系。但荧光分析的干扰因素较多，影响测定的准确度和精密度，且实验条件要求 非常严格，因而限制了它的某些实际应用。2 0 世纪7 0 年代以来，特别是近年来相继出现的 各种灵敏度高的荧光分析法有效地用于多组分的分析。 2 化学计量学 化学计量学是最近l o 多年发展起来的一门新的化学分支学科，它是由数学、统计学、计 算机科学与化学相结合而产生的交叉学科，它应用数学、统计学方法研究化学量测中的实验 设计、数据处理、信号解析与分辨、化学分类决策与预报等问题，能解决传统的化学研究方 法所难以解决的复杂化学问题，因此化学计量学诞生以来，一直受到化学工作者的极大关注。 无论是理论化学还是实验化学，它们与化学计量学方法相结合，都可能在不同程度上取得新 的进展。l o 多年来，化学计量学的兴起及迅速发展，对化学学科，特别是对分析化学学科的 发展产生了重大的影响。化学计量学已作为化学量测的基础理论与方法学，成为当今化学发 展的前沿领域之一。 2 1 化学计量学的发展 2 0 世纪以来，由于现代科学技术的发展，相邻学科之间的相互渗透，分析化学的发展经 历了二次巨大的变革，使分析化学发展成为以仪器分析为主的现代分析化学，面对复杂的分 离分析任务，发展了色谱分析方法，结构分析、形态分析、晶型分析等方面的研究又促进了 光谱分析方法的发展，以计算机应用为主要标志的信息时代的来临使分析技术的发展如虎添 翼，仪器分析迅速发展，为分析学科提供了各种非常灵敏、准确而快速的分析方法。 2 l 世纪的分析化学己经发展到了分析科学的阶段，成为一门建立在化学、物理、数学、 计算机科学、精密仪器制造等学科上的综合性边缘学科【7 1 。涌现出了许多高、精、尖仪器， 解决了仪器间联用时存在的难题，使得大量二维乃至多维数据的产生成为可能。如何充分利 用这些现代分析仪器的优势，将这些看似“杂乱无章”的复杂数据，解析成有用信息，是当 代分析工作者面临的主要问题。化学计量学在实验设计、数据处理、信号解析、化学分类决 2 内蒙古大学硕士学位论文 策及预报等方面具有巨大的优势，能够解决传统化学研究方法难以解决的复杂问题，为分析 工作者解析复杂数据提供了有力的工具【8 】。 2 2 化学计量学在分析化学中的应用进展 分析化学与化学计量学紧密相关，化学计量学包括分析化学的信息理论基础、化学采样 理论及方法、化学量测过程中的试验设计与优化、化学量测数据的多元校正和多元分辨的定 性定量解析，及分析过程机理研究、数据模拟和计算机波谱解析、有用决策信息的提取，其 中包含化学模式识别、化学构效关系研究以及人工智能与化学专家系统等。其研究内容相当 广泛，应用领域非常广阔，并已初步展现出广阔的应用前景例。 2 3 化学计量学的发展前景 从化学计量学诞生至今，已有近3 0 年的历史，其发展前景是一个令人关注的问题。化学 计量学的发展将为分析仪器的智能化提供新理论和新方法，为新型高维联用仪器的构建提供 新思路，是2 l 世纪分析仪器软件主体化发展的新突破口。此外，化学计量学对于化学波谱库 的建立与检索方法以及化学人工智能和专家系统的研究也将取得进展。总之，在不远的将来 会看到许多新的化学计量学研究领域的展开。分析化学领域中分析模型的建立，分析仪器和 分析技术理念的进步，化学合成技术的优化，物质性质及结构间的联系，以及复杂波谱的解 析，工业化学和环境化学中的过程监控、自动控制和模型化等方面都有可能成为学科的主攻 对象。另外，化学计量学与其它化学学科分支，如环境化学、食品化学、农业化学、医药化 学、化学工程学等学科将产生更紧密的联系，得到更广泛的应用。 计算机及仪器技术的发展使人们可以瞬间获取大量的分析数据，这在客观上推动着化学 计量学的发展，使相关的化学工作者认识到化学计量学的实用性，应用它就可以从分析数据 中提取人们所需的化学信息。但由于每一种化学计量学方法都有自己的局限性，如果将各种 方法联合使用，可以互相取长补短，效果更好。发展各种化学计量学方法的联用，将是今后 发展的一个重要方向。此外，用计算机与分光光度联机采集数据，可使分析实现快速和在线 化。随着现代信息科学的发展，化学计量学不断得以完善，而分析仪器与方法的改进，促进 了化学计量学的更新。 经过几年来的努力，我国分析工作者在软件设计与处理方法上与国外先进技术的差距愈 来愈小，随着计算机技术和精密分析仪器不断发展更新，相信未来还会有很多新的分析模型 在化学计量学方法的研究领域中展开。 3 内蒙古大学硕士学位论文 3 本论文研究内容及意义 铁、铝和铍是常见的生物活性元素，与人们的日常生活密切相关。现今铝的生物毒性已 引起人们的重视，铝被认为是新致毒因子，食用过量铝可导致老年性痴呆；铁是人体的必需 营养元素之一；金属铍的毒性相对较小，但铍的化合物如氧化铍、氟化铍、硫化铍，硝酸铍 等毒性很大，铍进入人体后，难溶的铍化合物主要贮存于肺部，可引起肺炎。因而铁、铝和 铍的测定对于人们的生活质量有着重要意义。酚类化合物是一类重要的环境毒物，在许多工 业生产中广泛存在，如焦化、农药、石油化工等，它们作为一类原生质毒物，可使蛋白质凝 固，且主要作用于神经系统，浓度高时可引起急性中毒，而浓度较低时引起累积中毒，发生 头晕、贫血等症状，更为严重的是，它们是一类强烈的致癌物，能诱发多种癌症。由于酚类 毒性大，涉及面很广，因而受到分析工作者的极大关注。氨基酸是蛋白质的基本结构单位， 是动物体合成蛋白质的原料来源，也是人体中必不可少的营养成分之一，属食品、饲料的营 养成分，在医学上具有防病治病的作用，也可作为营养型化妆品的有效成分及合成药物、表 面活性剂、其他工业产品的化工原料。氨基酸分析是工业、农业生产及生命科学研究中最重 要的技术之一，因此对氨基酸的分析检测具有重要意义。维生素也称维它命，是人体不可缺 少的一种营养素，人体中如果缺少维生素，就会患各种疾病，这是由于维生素跟酚类一起参 与着肌体的新陈代谢，能使肌体的机能得到有效的调节。随着人们生活水平的提高和健康意 识的增强，许多维生素对人体健康作用受到前所未有的关注，越来越多的添加维生素的食品 受到人们的青睐。与此同时对多种维生素含量的检测方法有了更广泛的需求。 本论文提出将化学计量学方法运用到多组分( 金属离子、酚类化合物、氨基酸及维生素) 的同时测定。由于它们的紫外或荧光光谱严重重叠并且相互干扰，无法用传统化学方法测定， 用化学计量学方法为手段的多组分同时测定，在分析过程中，不需经过复杂的分离，这对某 些样品测定中难以找到有效分离方法的场合具有特殊意义。运用化学计量学方法对重叠信号 进行分辨，实现了合成未知样品的同时测定，并对自来水及实际样品进行了分析，具有一定 的理论意义和使用价值。化学计量学方法对多组分的同时测定应用将会越来越受到青睐。 本文在多组分体系测定方面具有测定仪器简单，快速，经济，准确度高等优点。如能应 用在相关企业的日常检测中，将大大节约测定成本和时间成本。 4 内蒙古大学硕士学位论文 1 化学计量学原理 第二章原理部分 1 1 正交信号校正法( o s c ) 正交信号是一种信号处理工具，旨在消除吸收矩阵d 中称为结构噪音与浓度无关的信息。 结构噪音减弱校准模型的预测能力。o s c 算法原理基于n i p a l s ( n o n l i n e a ri t e r a t i v ep a r t i a ll e a s t s q u a r e s ) 算法，归结如下： ( 1 ) 应用标准混合物的光谱数据构筑试验集吸收矩阵d 。在o s c 计算前，d 矩阵需经平均 中心化和数据归一化。 ( 2 ) 由训练矩阵d 计算第一主组分( p c i ) 求得分矢量t 。 ( 3 ) 按照方程式( 1 ) 正交化矩阵c t n e w = ( 1 c c c r c ) 1 c t ) t( 1 ) ( 4 ) 计算权重矢量w ，使满足d w = t n 删。 ( 5 ) 从d 和w 计算新的得分矢量t = d w ，然后t 再度与c 正交产生t n e w 。 检查收敛，通过试验，如果0t t 砌0 i | t0 il母一d正 =co_cmocoo协m=o：；o；母一d正 内蒙古大学硕士学位论文 激发，发射波长的选择是多种混合物荧光分析的一个重要因素，理想的波长范围，是能 够尽可能大的保证不同组分的灵敏度，同时又要避免光谱干扰等。从3 个纯组分荧光激发、 发射光谱可见，其最大荧光强度分别在2 7 4 1 3 1 4a m ( 邻苯二酚) ，2 7 3 3 0 5a m ( 间苯二酚) ，2 8 8 1 3 2 8a m ( 对苯二酚) ，3 者的最大激发波长差别较小，而且3 种物质的斯托克斯位移都 不大，所以选择激发波长和发射波长范围在这个体系中显得尤为重要。实验分别在2 6 0 2 9 0a m 之间试验不同的激发波长，发现取激发波长为2 7 2a m ，进行发射光谱扫描最好。 3 3 酸度的选择 酸度是影响荧光强度的重要因素，实验表明酚类化合物在酸性条件下具有较强的荧光。 因此，我们试验了酸度对荧光强度的影响，取7 个2 5m l 的容量瓶，先加入2 0 0m l 的样品， 然后分别加入o 3 0m l ，0 5 0 m l 、1 0 0m l ，2 0 0m l 、3 0 0m l ，4 0 0m l 、5 0 0m l 盐酸( 体 积比为1 ：1 ) ，结果见图2 。从图中可看出选择0 5 0m l 最佳，故选择此浓度为实验的最优浓 度。 2 0 0 15 0 10 0 5 0 01 23 45 h c i v ( m l ) 图2 溶液酸度对荧光强度的影响1 对苯二酚2 邻苯二酚3 问苯二酚 f i g 2t h ee f f e c to fs o l u t i o na c i d i t yo nt h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i e s1 h y d r o q u i n o n e 2 c a t e c h o l3 r e s o r c i n o l 1 6 篡cd_coocoqo-o：；d；一d正 内蒙古大学硕士学位论文 3 4d o s c w f 呵p is 方法 参数的选择是本法成功的关键步骤之一，本文中选择5 种参数，小波函数，小波分解水 平( l ) ，d o s c 因子数、容许因子( t o l e r a n c ef a c t o r ) 和p l s 因子数，分别对这五种参数进 行优化试验。选取按实验方法所获实验数据矩阵d 和d u 作为原始数据，并比较了所有组分 预测标准偏差( s t a n d a r de r r o ro fp r e d i c t i o n ，s e p ) 和相对标准偏差( r e l a t i v es t a n d a r de r r o ro f p r e d i c t i o n ，r s e p ) 。不同的小波函数具有不同的除噪效果，为获取最佳的除噪效果，进行了 d a u b e c h i e s 由2 到2 4 ，s y m m l e t 由4 到l o 和c o i f l e t 由1 到5 的试验，当选小波函数d a u b e c h i e s 为6 时，所有组分的r s e p 最小。小波分解水平由1 变7 的实验结果显示，当l = 3 时所有组 分的r s e p 最小。同时还对d o s c 因子数和容许因子数进行试验，结果显示这两种因子数分 别选定为3 和0 0 0 1 时r s e p 最小。最终实验选定的最佳参数为d a u b e c h i e s6 小波函数，l = 3 ， d o s c 因子数= 3 ，容许因子为0 0 0 1 和p l s 因子数= 3 。 按正交表l 1 6 ( 4 5 ) 正交设计，配制1 6 个样品组成的邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚混 合溶液，其浓度组成见表1 。在2 5 0 4 5 0 n m 范围每隔0 2n m 范围测定其荧光强度，以此数 据构筑训练集荧光强度矩阵d ，9 个合成未知样以同样方式测量荧光强度，构筑试验集荧光 强度矩阵d u 。经d o s c w p t - p l s 方法计算合成样中邻苯二酚，间苯二酚和对苯二酚浓度和 百分回收，其结果见表2 ，所有化合物的s e p 和r s e p 分别为0 4 1 7 5l x gm l - 1 和4 3 1 ，试 验结果表明本法是成功的。 表1 训练集的组成 t a b l e1 c o m p o s i t i o no ft h et r a i n i n gs e t 1 7 内蒙古大学硕士学位论文 3 5d o s c w p t p l s ，w p t p l s 和p l s 方法的比较 为评价d o s c w p t - p l s 方法我们选用一套合成未知样用三种方法进行实验。p l s 方法 是目前最常用的多变量回归方法之一，因其能同时分解响应矩阵和浓度矩阵而具有良好的回 归性能。p l s 还因其能消除不重要的潜变量而具有固有除噪能力。w p t - p l s 方法结合了w p r 和p l s 两种技术的优点。本文建立的d o s c w p t - p l s 法结合d o s c 、w p t 和p l s 三种方法 的优点从而提高特征信息获取能力和回归质量。三种方法( d o s c w p t - p l s ，w p t - p l s 和 p l s ) 比较结果见表3 ，其所有化合物的r s e p 分别为4 3 l 、7 7 3 和1 1