化学信息学 - 采用Pipeline Pilot定制近红外光谱快速比对的分析流程

时间:2014-04-03

 

摘要:已知,近红外光谱分析技术因其快速、无损、可多成分同时测定等特性,已经被广泛应用于农业、石油、化工和医药等行业。本文简单描述了如何在Pipeline Pilot中搭建分析流程来实现相关性计算和一致性检验这两种药检行业常用的近红外光谱的快速比对功能。
 
采用Pipeline Pilot定制近红外光谱快速比对的分析流程
 
      近红外光谱(Near Infra-Red Spectrum,NIR)是指波长在780-2526nm范围内的电磁波,它介于可见光谱区域和中红外光谱区域之间。从光谱能量的角度讲,近红外光谱对应的主要是分子振动的倍频及合频吸收,由于倍频及合频吸收的跃迁几率很低,信号很弱,故只有非谐性很高的化学键才能在图谱上表达。非谐性很高的化学键是含有氢原子的化学键,近红外光谱中含氢基团X - H(X = C、N、O、S)的吸收占主导地位。近红外光谱的特点是吸收系数较低、无损、快速、无污染。因此可以直接对样品进行测定,不需样品处理或仅需简单的处理,即可在计算机软件的支持下,实现对近红外光谱建立模型、快速分析样品光谱的功能。
      本文主要介绍两种近红外光谱快速比对分析方法是如何在PP中实现的,更加复杂的化学计量学定量分析模型的建立我们未来再做进一步说明。
 
1. 相关性计算:通过计算与标准品的相关系数是一种简单易行的质量控制方法,将某张光谱与一张参考光谱或某目录下的所有标准光谱进行比较,从而计算两张光谱在所选谱段内各波长点吸光度之间的Pearson相关系数。具体而言,计算相关系数的快速比对方法在Pipeline Pilot中实现流程如图1所示,包括参考光谱和待测样品光谱的分别读取、光谱的预处理以及相关系数的计算等。
 
图1. 近红外光谱相关性计算的protocol
 
2. 一致性检验:是另外一种近红外图谱快速比较的方法,用于比较未知光谱与某一组参考光谱是否具有一致性。一致性检验的原理是:首先计算参考光谱在每个波长点处吸光度的平均值和标准偏差;其次将每个波长点的平均值加、减一定倍数的标准偏差作为该波长点吸光度的可信区间。待测样品的光谱吸光度值必须在每个波长点处都在可信区间之内,方可认为其通过了一致性检验。具体而言,一致性检验方法在Pipeline Pilot中实现的流程如图2所示,首先通过PP的AIC模块对光谱进行预处理,然后通过集成MATLAB计算模块实现一致性算法,最后返回一致性检验结果并生成结果报表。
 
图2.近红外光谱一致性计算的protocol