Хемометрическое моделирование метанола в третичных смесях с использованием портативного рамановского спектрометра высокого разрешения

ИЮЛ132015

Рамановские спектрометры являются хорошо развитыми и представляют собой качественные инструменты для молекулярных исследований. В последние годы, с развитием портативных спектрометров высокого разрешения и сокращением хемометрического моделирования, программное обеспечение позволило использовать рамановские приборы для высокоточных количественных измерений смесей и реакций.

В данной статье описано использование расширенного хемометрического программного обеспечения BWIQ^TM компании BWTek для определения неизвестных концентраций метанола в третичных смесях метанола, ацетонитрила и воды.

BWIQ – это программное обеспечение для многомерного анализа, которое позволяет анализировать спектральные данные и показывает внутренние связи между спектрами и откликами или спектрами и классами образцов. BWIQ ПО объединяет в себе традиционные хемометрические методы, такие как частичная регрессия наименьших квадратов (PLSR) и анализ главных компонент (PCA) с новыми методами, такими как алгоритмы адаптивного многократного повторного взвешивания выбракованных наименьших квадратов (airPLS) для автоматической коррекции базовой линией и алгоритмы опорных векторов (SVM) для нелинейных наборов данных.

Эксперимент и результаты

Для проведения эксперимента был выбран портативный рамановский спектрометр высокого разрешения i-Raman компании BWTek (разрешение 3 см^-1). Данный прибор, в сочетании со своим охлаждаемым ПЗС-детектором и удобным оптоволоконным зондом, был соединен с двухпроходным держателем кювет BCR100A. Для разработки калибровочных кривых были подготовлены образцы метанола, ацетонитрила и воды в одноразовых 10 мм кюветах.

Все измерения производились при следующих условиях: длина волны возбуждения 532 нм, выходная мощность лазерного пучка 30 мВт, время интегрирования 7.5 с. При построении кривых не производилось усреднение и все спектры были получены по одному измерению. В общей сложности было получено 94 спектра для различных концентраций всех трех образцов. После сбора данных, результаты были внесены в BWIQ. 70 спектров случайным образом были выбраны из 94 спектров для построения калибровочных кривых, остальные 24 спектра использовались для валидации (аттестации).

Затем данные были обработаны с помощью airPLS алгоритмов коррекции, после этого к ним был применен метод обработки Савицкого-Голея и был взят первый дифференциал. В итоге, калибровочные кривые были получены с использованием в конце метода регрессии PLS1. После применения данных методов обработки, были построены графики измеренных и предсказанных концентраций для определения точности построенной модели.

Значение R2 было вычислено с точностью лучше, чем 0.999 как для измеренной, так и для предсказываемой концентраций. Также СКО для обеих концентраций было меньше, чем 0.008. В конце были подготовлены образцы с неизвестной концентрацией метанола в третичной смеси. Данные образцы были измерены с помощью i-Raman спектрометра и перенесены в BWIQ, которое успешно определило концентрации метанола с использованием разработанных моделей.

Заключение

Из данного эксперимента видно, что портативный спектрометр высокого разрешения i-Raman может быть использован с BWIQ ПО для разработки количественных моделей для определения концентраций метанола в третичных смесях метанола, ацетонитрила и воды (см. рис. ниже).

Подробные характеристики рамановского спектрометра высокого разрешения i-Raman