多种光谱法检测尿液成分的理论与实验研究

论文摘要

光谱技术具有高效、快速、无试剂和低成本的特点，正在成为临床分析领域的重要技术手段。用光谱的方法实现尿液成分浓度的定量分析，对临床生物医学检测具有重要意义。尿液中包含多种成分，尿液成分的变化不仅能反映泌尿生殖系统的病变，而且与很多全身性疾病相关。本文将近红外、中红外及拉曼光谱法用于尿液中重要成分的定量检测，对三种光谱方法进行了最佳测量预测条件的分析，实现了用光谱法分析尿液样品中重要成分含量。 论文的主要研究内容为： 1．采用近红外、中红外及拉曼光谱法，进行了系统性的尿液光谱检测理论与实验研究。将三种光谱法对尿液成分检测的优势进行了综合利用，实现了尿液主要成分的光谱特性研究及定量分析。研究得出近红外、中红外及拉曼光谱的吸收峰重叠不同，并且主要成分化学键在不同光谱区间的吸收强度不同。实验表明，对于尿液中的白蛋白测量，中红外光谱法优于近红外光谱法；而对葡萄糖测量，近红外光谱法优于中红外。 2．提出了尿液中葡萄糖及白蛋白测量的最佳条件。其中，近红外光谱法测量葡萄糖及白蛋白可采用1mm光程长，葡萄糖及白蛋白的建模区间分别为4400～4700cm-1及4250-4850cm-1，光谱采用遗传算法进行波长优选后，采用偏最小二乘法建模，模型的预测精度分别为20.61mg／dL和20.95mg／dL。中红外光谱法采用ATR测量，葡萄糖及白蛋白的建模区间分别为1200-950cm-1及1400-1700cm-1，光谱采用遗传算法进行波长优选后，采用偏最小二乘法建模，模型的预测精度分别为28.57mg／dL及17.89mg／dL。葡萄糖、白蛋白的近红外光谱及中红外光谱的建模精度均达到临床应用水平。 3．提出尿液成分检测采取近红外与中红外光谱联用的应用化设计，并进行了初步的实验。设计综合应用这两种光谱法的特征信息，针对尿液中葡萄糖及白蛋白分子的吸收谱带特征及分布，考虑了尿液中如尿素及血红蛋白等其它干扰因素的影响，确定了最佳的模型区间。将中红外ATR-IR-Fiber系统及AOTF近红外光纤测量系统联用，分别测量尿液中的白蛋白和葡萄糖，以达到最佳的测量效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光谱分析在生物医学检测中的应用
• 1.1.1 近红外光谱法用于生物医学检测
• 1.1.2 中红外光谱法用于生物医学检测
• 1.1.3 拉曼光谱技术用于生物医学检测
• 1.2 尿液分析现状
• 1.2.1 传统尿液分析方法
• 1.2.2 光谱法用于尿液分析的研究现状
• 1.2.3 尿液中主要单质成分特性
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 光谱分析中的化学计量学
• 2.1 校正、预测与验证
• 2.2 多变量校正方法
• 2.2.1 普通最小二乘回归（OLS）
• 2.2.2 经典最小二乘回归（CLS）
• 2.2.3 多元线性回归（MLR）
• 2.2.4 主成分回归（PCR）
• 2.2.5 偏最小二乘回归（PLS）
• 2.3 本章小结
• 第三章 近红外光谱法尿液成分检测研究
• 3.1 近红外理论基础
• 3.1.1 近红外光谱信息特征
• 3.1.2 近红外光谱定量分析基础
• 3.2 近红外光谱仪器
• 3.3 近红外光谱法用于尿液成分检测
• 3.3.1 样品近红外光谱分析
• 3.3.2 样品主成分分析
• 3.3.3 样品校正模型建立
• 3.4 近红外校正模型的优化研究
• 3.4.1 近红外光谱预处理中的波长选择方法
• 3.4.2 净信号用于近红外光谱校正
• 3.5 近红外光谱法检测尿液成分的技术总结
• 3.6 本章小结
• 第四章 中红外光谱法尿液成分检测研究
• 4.1 中红外衰减全反射法的理论分析
• 4.1.1 光学反射基础
• 4.1.2 衰减全反射（ATR）理论分析
• 4.2 ATR光谱用于定量分析
• 4.2.1 有效厚度
• 4.2.2 相对电场分量
• 4.3 中红外仪器
• 4.4 中红外光谱法用于尿液成分检测
• 4.5 中红外光谱法检测尿液成分的技术总结
• 4.6 本章小结
• 第五章 拉曼光谱法尿液成分检测研究
• 5.1 拉曼检测的原理
• 5.1.1 拉曼散射理论
• 5.1.2 拉曼光谱定量分析的理论基础
• 5.1.3 拉曼光谱仪
• 5.2 拉曼光谱法用于尿液成分检测
• 5.3 拉曼信号分析
• 5.3.1 拉曼光谱中的信噪比
• 5.3.2 噪声源
• 5.3.3 多元拉曼光谱仪中的信噪比
• 5.4 拉曼光谱预测精度分析
• 5.5 小波分析用于拉曼光谱降噪处理
• 5.5.1 小波变换理论
• 5.5.2 小波阈值滤波
• 5.5.3 空域相关滤波
• 5.6 本章小结
• 第六章 红外与拉曼光谱技术的综合
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本论文完成的主要工作
• 7.2 本论文的主要创新点
• 7.3 下一步工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢