拉曼數(shu)據處理(li)貼士

拉(la)曼數(shu)據處理(li)貼士

如(ru)今的(de)拉曼儀(yi)器(qi)百花(hua)齊放(fang)，從(cong)簡(jian)單的(de)手持設(she)備(bei)到復雜(za)的(de)臺式系統，種類繁(fan)多。拉(la)曼數(shu)據處理(li)方(fang)法(fa)更是復雜(za)多樣(yang)。那麽(me)如(ru)何處(chu)理這麽(me)多(duo)錯綜(zong)復雜(za)的(de)拉曼數(shu)據呢？如(ru)何有(you)效(xiao)優化拉曼數(shu)據呢？

雖(sui)然拉(la)曼光(guang)譜(pu)是壹種*的(de)光譜(pu)技(ji)術，但(dan)它(ta)本(ben)身並(bing)沒有那麽(me)復(fu)雜(za)，令人(ren)棘(ji)手的(de)是測試(shi)樣品的(de)拉曼峰(feng)與其(qi)他(ta)拉(la)曼峰(feng)以及噪音(yin)混合(he)在(zai)壹起(qi)。例如(ru)，在傳(chuan)統的(de)光譜(pu)測量(liang)中，妳(ni)可以分(fen)析壹個(ge)透(tou)射吸(xi)光(guang)度圖(tu)（比如(ru)比色(se)皿(min)中的(de)染料）或壹(yi)個(ge)材(cai)料反射率圖(tu)，並(bing)很(hen)容(rong)易(yi)地挑選(xuan)出寬闊的(de)背景光(guang)譜(pu)峰和明顯的(de)吸收或者(zhe)反射峰(feng)並(bing)解釋它(ta)們(men)。但(dan)在(zai)拉曼光(guang)譜(pu)中，妳(ni)所關心的(de)待測物拉曼峰(feng)可能混雜(za)在眾(zhong)多(duo)拉(la)曼峰(feng)與噪(zao)音(yin)之中。

如(ru)圖(tu)所示，使(shi)用表面(mian)增強拉(la)曼光(guang)譜(pu)(SERS)測量(liang)四氫(qing)dA 麻酚。在(zai)1100cm-1附近出現(xian)了(le)5個(ge)拉(la)曼峰(feng)；而在1500cm-1處(chu)明顯的(de)拉曼峰(feng)，並非(fei)來(lai)自(zi)樣(yang)品，根(gen)據我們(men)的(de)實(shi)驗(yan)經驗(yan)，這個(ge)拉(la)曼峰(feng)來自(zi)溶(rong)劑(ji)或檸(ning)檬(meng)酸(suan)鹽(用(yong)於SERS基(ji)質)。

事(shi)實(shi)上(shang)，大多數用戶(hu)已經發(fa)現(xian)拉(la)曼光(guang)譜(pu)中充(chong)滿(man)了(le)大量的(de)峰和鋸(ju)齒狀(zhuang)的(de)噪音。那麽(me)這些信號(hao)來(lai)自(zi)哪(na)裏(li)呢？殘留(liu)的(de)樣本(ben)、像素之間(jian)的(de)響(xiang)應(ying)等(deng)等(deng)皆(jie)有可能。如(ru)果(guo)從(cong)這個(ge)角(jiao)度入手去(qu)去(qu)除(chu)無(wu)效(xiao)信號，那無疑是壹個(ge)非(fei)常大的(de)工(gong)作量(liang)。

那麽(me)有(you)什麽(me)方(fang)法(fa)可以化(hua)繁(fan)為簡(jian)，能夠(gou)讓(rang)我們(men)在(zai)無(wu)效(xiao)信號存在的(de)情(qing)況下(xia)，更好(hao)的(de)分離出拉曼信(xin)號呢？

基(ji)線(xian)校正(zheng)即(ji)是從(cong)整體數(shu)據中統壹(yi)扣(kou)除(chu)壹(yi)個(ge)背景噪(zao)聲(sheng)，這意(yi)味著(zhe)某(mou)些(xie)波數(shu)強(qiang)度將降(jiang)為(wei)零(ling)從(cong)而將整個(ge)數(shu)據拉回(hui)基(ji)線(xian)附近。這將糾正(zheng)由(you)焦點(dian)、功率等(deng)問(wen)題(ti)引(yin)起(qi)的(de)垂直(zhi)偏移(yi)，但不(bu)會影響(xiang)拉(la)曼峰(feng)之間(jian)的(de)相對關系。

在(zai)光譜(pu)測量(liang)過(guo)程(cheng)中，做峰值分(fen)析(xi)之前執行(xing)基線(xian)校正(zheng)是非常重(zhong)要的(de)。因為峰值(zhi)或(huo)壹(yi)般的(de)任何(he)值(zhi)，都可能受到某(mou)些環(huan)境(jing)影響(xiang)而發生(sheng)強度(du)的(de)偏移(yi)，但這種偏移(yi)可以通(tong)過已知的(de)獨立(li)於變(bian)化參數區(qu)域(yu)以外的(de)數據進(jin)行(xing)校正(zheng)-基(ji)線(xian)校正(zheng)。拉(la)曼光(guang)譜(pu)也可以做同樣的(de)事情(qing)，如(ru)果(guo)想(xiang)要量(liang)化(hua)數據，基線(xian)校正(zheng)是至(zhi)關重(zhong)要的(de)。

SNV是壹種常用的(de)拉曼預處理(li)技(ji)術，需要在(zai)拉(la)曼範圍內(nei)選(xuan)擇壹些(xie)窗(chuang)口來進(jin)行(xing)處理。通(tong)常，在拉(la)曼應(ying)用中使(shi)用350-3000cm-1這個(ge)範圍，但(dan)這個(ge)範圍會根(gen)據圖(tu)譜(pu)的(de)表現(xian)方(fang)式而變(bian)化。事(shi)實(shi)上(shang)，基於(yu)系(xi)統反應、分析(xi)物活動等(deng)因素，這個(ge)範圍是相當主(zhu)觀(guan)的(de)。

所以，SNV代表著(zhe)全(quan)譜(pu)的(de)平(ping)均(jun)值減(jian)去(qu)範圍平(ping)均(jun)值，然後除(chu)以範圍-標(biao)準差。通(tong)過這個(ge)預處理(li)過程(cheng)之後，可以將(jiang)多次測量(liang)的(de)數據放在(zai)同(tong)壹(yi)範圍內(nei)進(jin)行(xing)比對。

當(dang)采集(ji)拉(la)曼光(guang)譜(pu)時(shi)，可以在(zai)海洋光學的(de)軟件(jian)中找到壹個(ge)數(shu)據處理(li)方(fang)式叫(jiao)做“清(qing)潔峰(feng)"，有時(shi)也被(bei)稱為“橡(xiang)皮(pi)筋(jin)校正(zheng)"。這是壹個(ge)內(nei)置(zhi)的(de)算法(fa)，可以應(ying)用於原(yuan)始拉(la)曼光(guang)譜(pu)來去(qu)除(chu)基(ji)線(xian)和任何(he)熒(ying)光(guang)。

“清(qing)潔峰(feng)"功能將(jiang)把大部分的(de)噪音和無效(xiao)信號都去(qu)除(chu)，除(chu)了(le)它(ta)認為(wei)具(ju)有(you)統計(ji)學意(yi)義(yi)的(de)峰值（例如(ru)壹個(ge)3σ閾值(zhi)）。這是非常有用(yong)的(de)數據處理(li)方(fang)式，可以生(sheng)成(cheng)壹(yi)個(ge)非(fei)常清晰(xi)幹凈的(de)拉曼光(guang)圖(tu)。

但(dan)需要註(zhu)意(yi)的(de)是它(ta)不(bu)在(zai)來(lai)自(zi)光(guang)譜(pu)儀的(de)原(yuan)始數(shu)據，而是通(tong)過算法(fa)處理(li)之後的(de)數據！

利(li)用清(qing)潔峰(feng)功能，將(jiang)偏移(yi)應用(yong)於原(yuan)始拉(la)曼光(guang)譜(pu)，獲得更清(qing)晰的(de)可視化效(xiao)果(guo)。 光(guang)譜(pu)總(zong)體上(shang)也更(geng)平(ping)滑。

在(zai)使(shi)用“清(qing)潔峰(feng)"功能時(shi)，算法(fa)可能會消除軟件(jian)閾值(zhi)附近的(de)拉曼特(te)征(zheng)峰。因(yin)此(ci)，我們建議在(zai)對所測樣(yang)品的(de)拉曼光(guang)譜(pu)信息足(zu)夠(gou)了(le)解之後再(zai)使(shi)用這個(ge)工(gong)具(ju)進(jin)壹(yi)步處理數(shu)據。

在(zai)處理(li)拉曼數(shu)據時(shi)，多數(shu)情(qing)況都會嘗試(shi)SNV、基(ji)線(xian)校準(zhun)等(deng)多種數據處理(li)方(fang)式之後，選(xuan)取(qu)處(chu)理結(jie)果(guo)更(geng)優(you)的(de)方式。所以拉(la)曼數(shu)據處理(li)有(you)壹(yi)大部分時(shi)間是在嘗(chang)試(shi)不同的(de)數據處理(li)方(fang)法(fa)和模式。

對於已知條件下(xia)采集(ji)的(de)較大數據集(ji)，拉(la)曼光(guang)譜(pu)數據可以作為(wei)訓(xun)練數(shu)據做PCA相關性分(fen)析(xi)或者(zhe)更(geng)復(fu)雜(za)的(de)統計(ji)分(fen)析(xi)。分析較大數據集(ji)的(de)另壹種選(xuan)擇是使(shi)用機(ji)器(qi)學習，但(dan)這通(tong)常也需要對數據進(jin)行(xing)壹些預處理(li)，以使(shi)輸(shu)入與(yu)輸(shu)出的(de)數據有意(yi)義(yi)。

海(hai)洋光學提(ti)供(gong)了(le)所有這些光譜(pu)數據分析(xi)技(ji)術以及機器(qi)學習方(fang)面(mian)的(de)專業知識(shi)，並(bing)提(ti)供(gong)將光譜(pu)數據轉化(hua)為(wei)有(you)意(yi)義(yi)信(xin)息的(de)處理工(gong)具(ju)。