【课件】近红外光谱数据处理ppt
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对红外数字谱做祘术计算，即对数字谱的纵坐标值（A），做某一常 数的加、减、乘、除的祘术运算。
数字谱加、减某一常数： 光谱纵向平移 数字谱乘、除某一常数： 光谱纵向扩缩 利用祘术计算使光谱纵向变化的关系，可做谱图的归一化处理。
方法是： ① 谱图变成A谱
② 扩 / 缩处理，使谱纵值在 0 – 1.05 A
得谱图信息难于解释。
镜反射数据可以被分解成二个独立的光学参数 —— 折光指数和消光指 数——通过K——K关系（见公式）。镜反射数据的特殊形状是在这些参数 中的偏离（变异）的缘故（结果）。
注意： 像靠近高波数处的吸收极大值，折光指数开始减小起因于反射减少； 这表示镜反射光谱的自身聚降，初始较少之后，折光指数快速地增大 （如消光系数那样）导至尖锐的极大值
4
（ａ）纵坐标转换成 Kubelka —— Munk 单位 （漫反射光谱用） 使用 Kubelka - Munk 将漫反射谱图转换为 Kubelka —— Munk 单位。
由于 Kubelka —— Munk 单位与吸收率单位相似，在商用的吸收谱库中检
索漫反射谱图， Kubelka —— Munk 格式是很有用的。
下图是一张以光声光谱为单位的咖啡因的谱图：
以光声光谱为单位的谱图
某一频率的光声光谱值（PAS）由方程给出
PAS = 100 （ Ｉs /ＩB )
其中Ｉs 是由样品以热辐射波形式发射的能量强度，ＩB 是由本底材料 （通常是碳黑）发射的能量强度。
（c）% Reflectance 格式
6
使用 Reflectanc 将反射谱图转换为 % 反射率单位。反射率单位表示
原理：
T%
ຫໍສະໝຸດ Baidu
=
Ｉ
Ｉo
%
（Ｉo ：入射光强度； Ｉ：透射光强度）
Ａ= ㏒(
1 Ｔ
)
=
㏒
(
Ｉo
Ｉ
)
3 （2）横坐标变换
横坐标常用单位：波数 cm-1 & 波长 μm
二者互换关系： （ עcm -1） =
10 4 λ (μm)
红外光谱图常用格式： 标准格式 （ｂ），线性（等距）格式 （ａ）
（3）其它格式变换
FTIR 数 据 处 理
FTIR 数据处理： 应用计算机程序对数字光谱进行的各种处理。
根据红外光谱实际工作需要，FTIR的数据处理主要有：
谱图格式变换 算术计算 光谱加减 基线校正 提高信噪比
导数光谱 定量方法 分峰技术 谱图检索 ……
一、谱图格式变换
（1）纵坐标变换： 常用单位：透光率 T %；吸光率 A
K = 2 R (sin²Ф)½ 1+R- 2 R cos Ф
R：镜反射光谱的反射率 Ф：反射光的相位角
10 ETHYLENE / VINYL ACETATE COPOLYMER
TOP：PEFRACTIVE INDEX BOTTON：EXTINCTION COEFFICIENT
11 二、算术计算
③ 加减处理，使谱的基线移近 0.03 A ④ 再变回 T 谱 归一化处理后，谱图的 T 谱值范围：最强峰 5 – 10% T ，基线 90 – 95% T
注意： 原始光谱要求：最强峰大于 5% T；基线较平坦；信噪比较好。
三、光谱加、减
12
（1）光谱相 加： 可以模拟这二个原始光谱化合物相混后的混合物谱图。按需要还可
进行强度扩大 / 缩小（乘 / 除）的预处理。
光谱加、减处理中的二幅原始光谱必需：
ａ: 波数范围相同 （2）光谱相 减：
ｂ: 数据间隔相同（分辨率相同）
可以模拟处理在混合物红外光谱中扣除某一成分、或降低某一成分 含量的光谱处理。
在混合光谱中完全扣除某一成分的吸收谱(A)相减技术称为示差技术。
示差方法
样品反射的红外能量数值。一些通常的反射方法包括漫反射（ DR ），衰
减全反射（ATR）和镜反射（SR）。
下图是一张以 % 反射率为单位的苯酸钠盐的谱图：
某一频率的反射率由方程给出：
% R =（Ｉs /ＩB）* 100 其中Ｉs 是由样品反射的红外能量强度，ＩB 是通过反射附件（用参比 样品代替样品）的红外能量强度，参考样品通常是一面镜子，溴化钾（KBr） 或氯化钾（KCl）粉。ＩB 被称为本底。
13
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19 （四）影响示差的因素
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3.样品的状态因素
22
判断标准
23
作为差谱判断标准的吸收峰要符合以下二个条件：
① 该峰是参比光谱所特有的，在其余组分的光谱中不存在该吸收峰。如果 在剩余组分光谱中也有此峰，则 必须知道参比光谱与剩余光谱中该吸收峰 处的强度比例。
谱图中消除光学散射的影响。在反射实验中，测量的能量包括有关
样品的吸收率和折射率的信息。折射率的变化形成了微分形频带，
这种影响被称为光学散射。
在数学上，消除散射影响后形成一张非常近似于吸收的谱图，并且结 果也以吸收率为单位显示。这张结果谱图可以在商用吸收库中检索并
打印参考文字.
。下图表示一张塑料的反射谱图。谱图包括一些由光学散射引起的微分形峰，使
以对数（1 / R）为单位的谱图
某一频率的对数（1 / R）值由方程给出
㏒（1 / R）= - ㏒ 10（% R/100）
其中 %R 是同一频率红外能量的 % 反射率。
用对数（1/R）为单位显示一张反射谱图是很有用的，因为样品中组 分的含量与所测得的吸收值通常是线性相关的。
散射校正 散射校正用一个名为kramers-kronig 变换的数字校正方法从一张反射 8
（c） ㏒（1/R）格式
7
㏒（1/ R） 使用㏒（1 / R）将反射谱图转换为对数（1 / R）单位。对数（1 / R）
单位表示在反射实验中的样品所吸收的红外能量数。您可以转换任何 反射方法采集的谱图，包括镜反射（SR），漫反射（DR）和衰减全 反射（ATR）。
下图是一张以对数（1 / R）为单位的2，6一二氯苯基氰的反射谱图：
下图是一张以 Kubelka —— Munk 为单位来显示的 2，6一二氯苯基氰的漫反射谱图：
某一频率的 Kubelka —— Munk 值由方程给出 KM = （1 – R ）²/ 2R 这里 R 是扣 除了标准反射强度的样品反射强度。
(b) photoacoust ic 格式 5
使用 photoacoustic 将光声光谱谱图转换为光声光谱单位。光声光 谱谱图类似于一张吸收谱图并可以在吸收谱库中进行检索。
数字谱加、减某一常数： 光谱纵向平移 数字谱乘、除某一常数： 光谱纵向扩缩 利用祘术计算使光谱纵向变化的关系，可做谱图的归一化处理。
方法是： ① 谱图变成A谱
② 扩 / 缩处理，使谱纵值在 0 – 1.05 A
得谱图信息难于解释。
镜反射数据可以被分解成二个独立的光学参数 —— 折光指数和消光指 数——通过K——K关系（见公式）。镜反射数据的特殊形状是在这些参数 中的偏离（变异）的缘故（结果）。
注意： 像靠近高波数处的吸收极大值，折光指数开始减小起因于反射减少； 这表示镜反射光谱的自身聚降，初始较少之后，折光指数快速地增大 （如消光系数那样）导至尖锐的极大值
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（ａ）纵坐标转换成 Kubelka —— Munk 单位 （漫反射光谱用） 使用 Kubelka - Munk 将漫反射谱图转换为 Kubelka —— Munk 单位。
由于 Kubelka —— Munk 单位与吸收率单位相似，在商用的吸收谱库中检
索漫反射谱图， Kubelka —— Munk 格式是很有用的。
下图是一张以光声光谱为单位的咖啡因的谱图：
以光声光谱为单位的谱图
某一频率的光声光谱值（PAS）由方程给出
PAS = 100 （ Ｉs /ＩB )
其中Ｉs 是由样品以热辐射波形式发射的能量强度，ＩB 是由本底材料 （通常是碳黑）发射的能量强度。
（c）% Reflectance 格式
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使用 Reflectanc 将反射谱图转换为 % 反射率单位。反射率单位表示
原理：
T%
ຫໍສະໝຸດ Baidu
=
Ｉ
Ｉo
%
（Ｉo ：入射光强度； Ｉ：透射光强度）
Ａ= ㏒(
1 Ｔ
)
=
㏒
(
Ｉo
Ｉ
)
3 （2）横坐标变换
横坐标常用单位：波数 cm-1 & 波长 μm
二者互换关系： （ עcm -1） =
10 4 λ (μm)
红外光谱图常用格式： 标准格式 （ｂ），线性（等距）格式 （ａ）
（3）其它格式变换
FTIR 数 据 处 理
FTIR 数据处理： 应用计算机程序对数字光谱进行的各种处理。
根据红外光谱实际工作需要，FTIR的数据处理主要有：
谱图格式变换 算术计算 光谱加减 基线校正 提高信噪比
导数光谱 定量方法 分峰技术 谱图检索 ……
一、谱图格式变换
（1）纵坐标变换： 常用单位：透光率 T %；吸光率 A
K = 2 R (sin²Ф)½ 1+R- 2 R cos Ф
R：镜反射光谱的反射率 Ф：反射光的相位角
10 ETHYLENE / VINYL ACETATE COPOLYMER
TOP：PEFRACTIVE INDEX BOTTON：EXTINCTION COEFFICIENT
11 二、算术计算
③ 加减处理，使谱的基线移近 0.03 A ④ 再变回 T 谱 归一化处理后，谱图的 T 谱值范围：最强峰 5 – 10% T ，基线 90 – 95% T
注意： 原始光谱要求：最强峰大于 5% T；基线较平坦；信噪比较好。
三、光谱加、减
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（1）光谱相 加： 可以模拟这二个原始光谱化合物相混后的混合物谱图。按需要还可
进行强度扩大 / 缩小（乘 / 除）的预处理。
光谱加、减处理中的二幅原始光谱必需：
ａ: 波数范围相同 （2）光谱相 减：
ｂ: 数据间隔相同（分辨率相同）
可以模拟处理在混合物红外光谱中扣除某一成分、或降低某一成分 含量的光谱处理。
在混合光谱中完全扣除某一成分的吸收谱(A)相减技术称为示差技术。
示差方法
样品反射的红外能量数值。一些通常的反射方法包括漫反射（ DR ），衰
减全反射（ATR）和镜反射（SR）。
下图是一张以 % 反射率为单位的苯酸钠盐的谱图：
某一频率的反射率由方程给出：
% R =（Ｉs /ＩB）* 100 其中Ｉs 是由样品反射的红外能量强度，ＩB 是通过反射附件（用参比 样品代替样品）的红外能量强度，参考样品通常是一面镜子，溴化钾（KBr） 或氯化钾（KCl）粉。ＩB 被称为本底。
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19 （四）影响示差的因素
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3.样品的状态因素
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判断标准
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作为差谱判断标准的吸收峰要符合以下二个条件：
① 该峰是参比光谱所特有的，在其余组分的光谱中不存在该吸收峰。如果 在剩余组分光谱中也有此峰，则 必须知道参比光谱与剩余光谱中该吸收峰 处的强度比例。
谱图中消除光学散射的影响。在反射实验中，测量的能量包括有关
样品的吸收率和折射率的信息。折射率的变化形成了微分形频带，
这种影响被称为光学散射。
在数学上，消除散射影响后形成一张非常近似于吸收的谱图，并且结 果也以吸收率为单位显示。这张结果谱图可以在商用吸收库中检索并
打印参考文字.
。下图表示一张塑料的反射谱图。谱图包括一些由光学散射引起的微分形峰，使
以对数（1 / R）为单位的谱图
某一频率的对数（1 / R）值由方程给出
㏒（1 / R）= - ㏒ 10（% R/100）
其中 %R 是同一频率红外能量的 % 反射率。
用对数（1/R）为单位显示一张反射谱图是很有用的，因为样品中组 分的含量与所测得的吸收值通常是线性相关的。
散射校正 散射校正用一个名为kramers-kronig 变换的数字校正方法从一张反射 8
（c） ㏒（1/R）格式
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㏒（1/ R） 使用㏒（1 / R）将反射谱图转换为对数（1 / R）单位。对数（1 / R）
单位表示在反射实验中的样品所吸收的红外能量数。您可以转换任何 反射方法采集的谱图，包括镜反射（SR），漫反射（DR）和衰减全 反射（ATR）。
下图是一张以对数（1 / R）为单位的2，6一二氯苯基氰的反射谱图：
下图是一张以 Kubelka —— Munk 为单位来显示的 2，6一二氯苯基氰的漫反射谱图：
某一频率的 Kubelka —— Munk 值由方程给出 KM = （1 – R ）²/ 2R 这里 R 是扣 除了标准反射强度的样品反射强度。
(b) photoacoust ic 格式 5
使用 photoacoustic 将光声光谱谱图转换为光声光谱单位。光声光 谱谱图类似于一张吸收谱图并可以在吸收谱库中进行检索。