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主题：【第十二届原创】水光谱组学的简介及研究方法

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Insm_5f23ed5a
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Chinfo近红外小分队发表于：2019/07/01 23:17:42 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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      水光谱的概念是由日本Tsenkova教授在2005年提出，通过研究水分子在不同环境下的光谱信息，为水体系的结构和相关功能性质提供巨大的信息来源。大多数工作利用近红外光谱技术，尤其在O-H伸缩一级倍频带（1300-1600 nm，即6250-7692cm-1）。
      在研究方法方面，往往通过对体系施加扰动的方法，显示出隐藏的信息，常见的扰动包括温度变化，浓度变化，不同金属离子等等。测量了近红外光谱之后，往往要进行一系列的谱图处理，数据分析步骤主要包括：观察原始谱图，数据处理，传统光谱分析（建立、验证定性定量模型），计量学方法的应用（求导，差谱，回归矢量，载荷矢量等等）。在近红外区域，水的原始光谱主要包含5个峰值，为OH的吸收信息：5150 cm-1（v2+v3），5620 cm-1（v2+v3+vL），6900 cm-1（v1+v3），8310 cm-1 （v1+v2+v3），10300 cm-1（2v1+v3）。接下来可以先进行一些传统的光谱分析，比如光谱平均化，对重复测量的样品光谱进行平均化，目的在于消除非分析物带来的变动影响，如不同的温度，湿度，或连续光照；计算不同组样品的平均光谱可以更好显示不同组样品间的差异。另外还有光谱的差减，即差谱操作，经典方法是从所有样品中扣除平均光谱，还可以建立所有溶液-纯溶剂之间的差谱，找到差异最小的光谱，然后从剩余光谱中减去这条光谱。求导是解决谱带重叠和基线变动的有效方法（二阶导表现最为明显），但副作用是会降低信噪比，因此要适当选择求导阶数和窗口大小。在水光谱组学应用中，二阶导是非常流行和有效的方法以发现在原始谱图中观察不到的活化水吸收带。之后可以应用各种化学计量学的方法进一步提取想要得到的信息，比如主成分分析，偏最小二乘回归，高斯拟合，以及高维计量学算法。
      未来该研究方向的发展前景主要包括，提高近红外光谱的灵敏度；理解水分子与其它分子之间相互作用；开发分离水和不同溶质相互作用的计量学方法；研究由溶质引起的水化动力学变化，从水的角度理解基本已知的物理现象或化学反应。
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