9.3.1实验材料与光谱采集

使用美国赛默飞世尔科技公司的激光显微拉曼光谱仪采集拉曼光谱。光谱仪参数如下：780nm激光光源，激光功率为18 mW；奥林巴斯BX51研究级显微镜，10X目镜聚焦；拉曼位移范围为50～3300cm^-1。采用金属质容器装样。全部样本未经任何化学处理，采用移液枪逐一装样(装样量统一为500 uL)扫描样本。每次测量前必须使用石油醚清洗金属质容器，以避免样本之间产生交叉污染。

9.3.2拉曼特征谱区筛选

拉曼光谱展现的是物质分子的振动或转动信息，对于物质的化学基团，拉曼光谱具有更加清晰和尖锐的特征谱峰。谱峰的位置和强弱以及形状可以精确地反映出有关物质的结构以及变化信息。通过这些特征与已知物质的拉曼光谱进行比对，可进行被测物质的组分分析，利用拉曼特征峰的强度与被检测物的分子浓度成正比的关系进行被测物中组分的定量分析。通过对脂肪酸分子结构中所包含的化学基团产生的拉曼位移确定特征谱区(拉曼特征峰附近的区域)，即从光谱特征峰产生机理来选定建模谱区。

9.3.3食用油油酸拉曼特征谱区筛选及模型优化

1．油酸拉曼光谱特征峰解析

油酸(Oleic acid)是一种单不饱和脂肪酸，又称十八烯酸，化学式为C₁₇H₃₃COOH，结构式为CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOOH。油酸的分子结构式如图9-41所示，包含一个C=C, C=O以及多个C-C, C-H键等。

图9-41 油酸的分子结构式

分子结构中不同键对应了不同拉曼位移信息。本书选定的油酸拉曼谱区是通过文献检索结合实测光谱确定的，总结归纳见表9-9。其中谱区2与谱区8根据实测光谱有了较为明显的偏移。其他谱区基本在确定的范围内。

表9-9 油酸的特征拉曼位移及选定谱区

2．样本预处理

根据预测浓度残差法剔除5个异常样本后，样本集共有41个样本，样本信息见表9-10。校正集样本的选取直接影响所建模型的适用性和准确性。充分考虑校正样本集的浓度代表性，采用含量梯度法以校正集和校验集样本比例为3:1划分，校正集样本31个，校验集样本10个。

表9-10 样本集统计信息

3．建模与校验

表9-9通过油酸分子结构中所包含的共价键产生的拉曼位移确定特征谱区，即从光谱特征峰产生机理来选定建模谱区。实验分别针对全光谱，表9-9中选定8个谱区进行建模分析。对选取的光谱区间进行标准化预处理后，采用PLS法建立定量模型，结果见表9-11。与全谱建模相比，根据光谱特征峰产生机理选取的谱区建模结果有了较为明显的改善。因此，合理的谱区挑选确实可以滤除掉大量与待测组分不相关的光谱信息，保留和突出有效的光谱信息，从而能有效地提高模型的预测性能。

表9-11 油酸建模结果列表

实验过程中观察到不同种类的食用油颜色差异较为明显，对拉曼光谱有一定的影响。尤其在光谱295～325 cm^-1处，颜色较深的食用油在此波段会有较为明显的峰。通过文献检索可知，随着待测物质颜色由浅至深，有机物拉曼谱峰强度呈有规律地变化。因此为充分考虑到食用油的颜色对光谱乃至最终模型的影响，本实验中增加选取295～325cm^-1谱区，编号为“9”。将上述9个谱区联合建模，结果见表9-11。从结果列表中可以得出9个谱区联合建模效果最佳，决定系数R²为0.9978, RMSEC为0.585，RMSEP为0.791。

采用1～9谱区联合建模与校验后得到的样本真实值和估计值的关系图如图9-42所示。9个谱区联合建模的预测效果明显优于8个谱区联合所建模型。因此从本实验的结果来看，采用拉曼光谱分析食用油时，需要注意颜色对光谱和模型的影响。

图9-42 估计值与真实值之间的关系图

相关链接：食用油棕榈酸近红外光特征谱区筛选与模型优化

文章来源：《多光谱食品品质检测技术与信息处理研究》

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