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第1章 绪论 1

1.1 分子光谱的历史与发展 2

1.2 分子光谱分析基础知识 7

1.2.1 光-电磁辐射 7

1.2.2 光与物质的相互作用 8

1.2.3 光谱分析法 9

1.2.4 分子能级与分子光谱 11

1.2.5 朗伯-比尔定律 12

1.2.6 漫反射理论 13

1.2.7 ATR理论 14

1.2.8 光谱仪器的基本构成 16

1.3 化学计量学概述 17

1.3.1 化学计量学起源、定义和发展历程 17

1.3.2 化学计量学研究的内容 18

1.3.3 化学计量学方法的必要性 19

1.3.4 应用化学计量学方法需注意的问题 21

1.4 光谱结合化学计量学的分析方法 21

1.4.1 校正模型的建立 21

1.4.2 常规分析 22

1.4.3 方法的特点 23

1.5 分子光谱在线分析技术 24

1.5.1 概述 24

1.5.2 在线分析仪的构成 25

1.5.3 光纤及其附件 26

1.5.4 在线分析的应用 29

参考文献 29

第2章 化学计量学方法 31

2.1 引言 31

2.2 矩阵和数理统计基础 31

2.2.1 矩阵基础 31

2.2.2 样本的空间表示 33

2.2.3 朗伯-比尔定律的矩阵表示 33

2.2.4 方差和正态分布 33

2.2.5 显著性检验 35

2.2.6 相关系数 36

2.2.7 协方差与协方差矩阵 37

2.2.8 线性回归 39

2.3 光谱预处理方法 41

2.3.1 均值中心化 41

2.3.2 标准化 41

2.3.3 归一化 42

2.3.4 平滑去噪算法 42

2.3.5 导数 45

2.3.6 SNV和去趋势算法 47

2.3.7 多元散射校正 47

2.3.8 傅里叶变换 48

2.3.9 小波变换 49

2.3.10 正交信号校正 53

2.4 主成分分析 54

2.4.1 多重共线性问题 54

2.4.2 主成分分析基本原理 55

2.4.3 主成分数的确定 56

2.4.4 主成分分析算法 57

2.4.5 主成分分析的应用 57

2.5 主成分回归 57

2.5.1 基本原理 57

2.5.2 最佳主因子数的选取 58

2.6 偏最小二乘法 59

2.7 非线性校正方法 61

2.7.1 人工神经网络 61

2.7.2 支持向量机 68

2.7.3 核偏最小二乘法 74

2.8 定量校正模型的评价 75

2.8.1 评价参数 75

2.8.2 模型评价 76

2.9 校正样本和变量的选择方法 79

2.9.1 波长变量的选择 79

2.9.2 校正样本的选择方法 86

2.10 界外样本的识别方法 88

2.10.1 校正过程界外样本的检测 88

2.10.2 预测过程界外样本的检测 89

2.11 提高模型预测能力的方法 90

2.11.1 提高稳健性的建模策略 90

2.11.2 基于局部样本的建模策略 91

2.11.3 集成的建模策略 92

2.12 模式识别方法 95

2.12.1 引言 95

2.12.2 无监督的模式识别方法 96

2.12.3 有监督的模式识别方法 102

2.13 模式识别性能的评价 106

2.14 模型传递 109

2.15 多维数据分辨和校正方法 111

2.15.1 引言 111

2.15.2 PARAFAC法 112

2.15.3 多维偏最小二乘法 113

2.16 化学计量学软件 114

2.16.1 软件的基本构架和功能 114

2.16.2 商品软件介绍 115

参考文献 119

第3章 紫外-可见光谱 124

3.1 基本知识 124

3.1.1 基本原理 124

3.1.2 一些术语 126

3.2 各类有机化合物的紫外光谱 127

3.2.1 非共轭有机化合物 127

3.2.2 共轭有机化合物 127

3.2.3 芳香族化合物 131

3.3 影响紫外光谱的因素 134

3.3.1 共轭和超共轭效应 134

3.3.2 溶剂效应 134

3.3.3 立体效应 136

3.3.4 pH对紫外光谱的影响 137

3.4 紫外-可见光谱仪器 138

3.4.1 紫外-可见光谱仪的主要部件 138

3.4.2 紫外光谱仪的类型 141

3.4.3 紫外光谱仪的性能指标 142

3.4.4 紫外光谱仪的维护 143

3.5 实验技术 144

3.5.1 透射测量技术 144

3.5.2 漫反射测量技术 145

3.5.3 ATR测量技术 146

3.6 紫外-可见光谱的应用 146

3.6.1 分子结构解析 146

3.6.2 经典的定量分析 148

3.6.3 现代定量、定性分析方法 150

3.6.4 催化剂表征中的应用 152

3.6.5 在线分析 153

参考文献 158

第4章 中红外光谱 160

4.1 引言 160

4.2 红外光谱的基本原理 160

4.2.1 化学键的振动与频率 160

4.2.2 分子的振动自由度 162

4.2.3 分子的振动类型 163

4.2.4 红外光谱的吸收强度 163

4.2.5 红外光谱的表示法 164

4.3 红外吸收光谱与分子结构的关系 164

4.3.1 基团频率区与指纹区 164

4.3.2 各类化合物的红外特征光谱 165

4.4 影响红外光谱吸收频率的因素 190

4.4.1 外部条件的影响 190

4.4.2 分子结构的影响 191

4.5 红外光谱仪器 196

4.5.1 傅里叶变换红外光谱仪的基本组成 196

4.5.2 迈克尔逊干涉仪 198

4.5.3 红外光谱仪的性能指标 203

4.5.4 红外光谱仪的使用维护 205

4.5.5 测量附件 205

4.5.6 便携式仪器 211

4.5.7 在线分析仪 214

4.6 实验技术 217

4.7 应用 220

4.7.1 结构鉴定中的应用 220

4.7.2 垃圾焚烧烟气等气体的在线监测分析 230

4.7.3 润滑油和生物柴油等油品分析中的应用 231

4.7.4 二维相关红外光谱及其应用 242

4.7.5 反应过程的监测分析 246

4.7.6 癌症诊断等临床医学的应用 248

4.7.7 酒和奶等食品分析中的应用 249

参考文献 250

第5章 近红外光谱 259

5.1 引言 259

5.2 近红外光谱解析 260

5.2.1 近红外光谱产生的原理 260

5.2.2 主要谱带的归属 262

5.3 近红外光谱仪器 274

5.3.1 光谱仪的基本构成 274

5.3.2 光谱仪的类型 275

5.3.3 测量附件 281

5.3.4 实验室型仪器 285

5.3.5 便携式仪器 286

5.3.6 在线仪器 286

5.3.7 仪器的性能指标 287

5.4 实验技术 288

5.5 应用 290

5.5.1 农业中的应用 290

5.5.2 食品分析中的应用 293

5.5.3 药物和医学中的应用 297

5.5.4 石化和化工中的应用 299

5.5.5 其他 302

5.6 近红外光谱成像 302

5.6.1 光谱成像原理和仪器 303

5.6.2 光谱图像数据分析 305

5.6.3 应用 306

参考文献 307

第6章 拉曼光谱 311

6.1 基本知识 311

6.1.1 拉曼散射 311

6.1.2 拉曼选律 313

6.1.3 拉曼光谱参数 314

6.1.4 共振拉曼和表面增强拉曼 315

6.1.5 拉曼光谱分析技术的特点 316

6.2 拉曼光谱解析 317

6.2.1 拉曼特征光谱的规律 317

6.2.2 常见基团的拉曼特征频率 318

6.3 拉曼光谱仪器 321

6.3.1 光谱仪的基本构成 321

6.3.2 光谱仪的类型 322

6.3.3 测量附件 325

6.3.4 实验室仪器 330

6.3.5 便携式仪器 331

6.3.6 在线仪器 332

6.3.7 拉曼光谱仪的校正 333

6.4 实验技术 335

6.4.1 常规测试方法 335

6.4.2 荧光干扰的消除 335

6.4.3 不均匀样本光谱的采集 337

6.4.4 表面增强拉曼实验方法 339

6.5 应用 340

6.5.1 高聚物中的应用 341

6.5.2 珠宝和考古中的应用 344

6.5.3 石油化工中的应用 345

6.5.4 药物中的应用 346

6.5.5 生物医学中的应用 348

6.5.6 食品中的应用 350

6.5.7 安全和刑侦中的应用 352

6.5.8 其他应用 353

参考文献 356

第7章 若干问题的探讨 368

7.1 引言 368

7.2 分子振动光谱分析技术的对比 368

7.3 化学计量学方法的选择 371

7.3.1 多元校正方法的选择 371

7.3.2 模式识别方法的选择 372

7.3.3 光谱预处理方法和光谱范围的选择 374

7.4 模型预测能力影响因素浅析 374

7.4.1 校正样本的影响 374

7.4.2 基础数据准确性的影响 376

7.4.3 光谱测量方式的影响 378

7.4.4 光谱采集条件的影响 380

7.4.5 仪器性能的影响 384

7.5 模型更新与维护 384

7.5.1 重要性与必要性 384

7.5.2 网络化技术 385

7.6 光谱结合化学计量学的分析方法标准 385

7.6.1 分析方法标准 385

7.6.2 ASTM E1655方法介绍 389

7.7 展望 390

参考文献 391