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《暨南大学》 2010年
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地中海贫血筛查指标的FTIR/ATR光谱分析方法研究

尹浩  
【摘要】:地中海贫血是危害极为严重的单基因遗传病,在我国广西、广东等南方地区具有较高发病率,目前尚无有效的治疗手段,地贫筛查是防止地贫症患儿出现的主要预防手段。血红蛋白浓度(HGB)、平均红细胞血红蛋白含量(MCH)、平均红细胞体积(MCV)是其中主要指标,但现有测定方法需要对不同指标用不同的化学试剂进行化学反应,不利于大人群筛查。本课题采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)结合衰减全反射(ATR)技术,建立无需化学试剂、精度适中、直接快速同时测定上述指标的定量分析方法。 首先随机抽取部分全血样品分别加入蒸馏水,溶为2倍、3倍、4倍、5倍、6倍的溶血样品,连同全血样品一起共得到6个样品组,分别进行FTIR/ATR光谱实验,探讨利用FTIR/ATR光谱分析HGB、MCH、MCV等指标可行性和样品的光谱测定方法。经分析,确定采用2倍溶血的形式测定样品,然后对其余的全部样品进行FTIR/ATR光谱测定实验。采用光谱数据结合常规测定方法得到的HGB、MCH、MCV的参考值(化学值)分别建立各指标的光谱定标预测模型。基于定标集和预测集的不同划分,分别采用单波数回归、直接偏最小二乘法(PLS)、基于Savitzky-Golay (SG)平滑的PLS、移动窗口PLS(MWPLS)和等间隔组合移动窗口MLR (ECMWMLR)等方法系统深入的进行光谱预处理模式的优选、分析波段(或波数组合)的选择,模型的稳定性分析等,最后对优选的模型进行再次检验。 主要结果如下: 1)考虑到定标集和预测集的不同划分会造成模型预测效果的波动,为了得到稳定可靠的结果,本文提出了一种新的定标和预测集的划分方法,并构建计算机算法平台将全体样品做50次定标和预测集的划分,计算50次不同划分的模型预测均方根偏差(RMSEP)和预测相关系数(RP)的平均值(RMSEPAve、RP,Ave)等,然后基于RMSEPAve优选稳定可靠的模型; 2)把SG平滑模式由原来的117个扩充为540个,将全部540个SG平滑模式与PLS模型结合,构建基于SG平滑的PLS算法平台,可以大范围同时优选SG平滑模式与PLS因子数。HGB、MCH、MCV三个指标的全谱模型结果都表明,其最优SG-PLS模型的预测效果明显优于直接PLS模型的预测效果,并且筛选出的SG平滑模式和PLS因子数是稳定的,从而建立了一种有效的光谱预处理模式筛选方法; 3) MWPLS方法是著名的光谱分析波段的优选方法,但是本文发现基于定标集和预测集的不同划分,MWPLS方法的最优波段会变化,为了得到稳定的结果,本文基于50次不同划分分别建立MWPLS模型,按照RMSEPAve优选最优波段,同时得到稳定可靠的模型。这里还编写了起点波数(B)、采用波数点数(N)和PLS因子数(F)都任意可变的MWPLS算法程序平台,并设置合理的参数范围,使得筛选的最优波段达到全局最优。其中,HGB、MCH和MCV的最优MWPLS模型参数(B,N,F)分别为(1178cm-1,12,2)、(1549cm-1,9,6)和(3098cm-1,310,5),它们的(RMSEPAve, RP,Ave)分别为(5.334g/L,0.968)、(1.794pg,0.910)和(4.299fl,0.869),明显优于全谱的最优PLS模型,并且采用的波数点个数很少,大大的降低了模型的复杂性。 4)采用本课题组新近提出的ECMWMLR方法分别建立HGB、MCH和MCV的最优等间隔离散模型,构建了起点波数(B)、采用波数点数(N)和采用波数点的间隔(G)都任意可变的ECMWMLR算法平台,并设置合理的参数范围,使得筛选的最优波数组合达到等间隔的全局最优。其中,HGB、MCH和MCV的最优ECMWMLR模型参数(B,N,G)分别为(1952cm-1,4,68)、(3568cm-1,8,69)和(3964cm-1,13,109),它们的(RMSEPAve,RP,Ave)分别为(5.036g/L,0.972)、(1.662pg,0.919)和(3.929fl,0.892)。最优ECMWMLR模型的预测效果比最优MWPLS模型还要好一些,它克服了光谱的共线性,同时还保留MLR的简单性,比MWPLS方法更进一步降低了模型的复杂性。 本文率先建立了基于FTIR/ATR光谱的地贫筛查指标HGB、MCH和MCV的同时定量分析方法,并进行了模型优选和稳定性分析,该方法具有精度适中、直接快速的优点。基于MWPLS、ECMWMLR方法得到的最优波段、最优波数组合分别为连续型、离散型的小型专用红外光谱仪器的高信噪比分光系统的设计提供重要依据,也为FTIR/ATR应用于人体血液地贫筛查指标的同时定量分析提供稳定可靠的模型。论文所提出的系统方法也能够应用到其他的光谱分析领域。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R556

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈华舟;光谱分析的化学计量学研究及其在土壤近红外分析中的应用[D];上海大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 夏柏杨,任芊;近红外光谱分析技术的一些数据处理方法的讨论[J];光谱实验室;2005年03期
4 胡愉华;潘涛;陈星旦;梁家杰;陈华舟;;甘蔗初压汁锤度近红外光谱分析的波段优选[J];光谱实验室;2009年01期
5 尹浩;潘涛;田佩玲;韩筠;韦相才;张清健;方俊宇;钟泉;冯华;;FTIR/ATR光谱应用于人体血液血红蛋白的快速定量分析[J];光谱实验室;2009年02期
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8 高荣强,范世福,严衍禄,赵丽丽;近红外光谱的数据预处理研究[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
9 彭立新;王桂文;姚辉璐;黄庶识;王一兵;陶站华;黎永青;;FTIR-HATR诊断β-地中海贫血及其机理研究[J];光谱学与光谱分析;2009年05期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 刘琳;黄杰;林文庆;益永達則;;一种低温固化的环氧树脂/碳纤维的制备及其性能研究[J];工程塑料应用;2011年02期
3 司圣柱;王丽平;董雄辎;;小波变换-主成分回归法在四组分食用色素同时测定中的应用研究[J];合肥师范学院学报;2009年06期
4 郭天永;车玉满;孙鹏;李连成;孙波;;基于偏最小二乘回归的高炉焦比影响因素分析[J];鞍钢技术;2009年05期
5 汪东军,汪夏燕;神经元网络在精馏塔控制中的应用[J];安徽化工;2000年04期
6 梁高峰;贾宏汝;谷运红;秦广雍;王卫东;;近红外光谱分析技术及其在农业研究中的应用[J];安徽农业科学;2007年29期
7 禹茜;王建湘;周杰良;张雄;;泡桐生长与土壤因子偏最小二乘回归分析[J];安徽农业科学;2008年07期
8 陈斌;蔡斌;;多组分相关分析技术在近红外检测中的应用研究[J];安徽农业科学;2008年17期
9 程子毓;陈元涛;赵耿藏;洪美花;;高压提取红景天根中红景天苷工艺研究[J];安徽农业科学;2008年19期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑筱梅;李自林;苏苹;;全光亮化学镀镍工艺研究[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
2 郑筱梅;杨玲;刘光兵;;镍-纳米Al_2O_3复合电镀的工艺研究[A];2003年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2003年
3 吴静珠;刘翠玲;孙晓容;;支持向量机在近红外光谱检测技术中的应用研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 王吉有;邹兆贵;刘宾;李南征;孔乐;;木糖醇的红外光谱和拉曼光谱研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
5 梁文杰;钟宏;何谋海;;乙氧基羰基异硫氰酸酯的合成工艺[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
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7 代芬;黄冠勇;洪添胜;;基于光谱技术的砂糖橘品质无损检测方法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
8 刘洁;李小昱;王为;李培武;肖武;张军;周竹;;基于近红外光谱的板栗蛋白质检测方法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
9 田潇瑜;彭彦昆;马世榜;徐杨;牛力钊;;利用VIS/NIR反射光谱预测并评价牛肉嫩度[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
10 田海清;王春光;吴桂芳;李建康;陈浩;;马铃薯品质可见近红外漫反射光谱检测研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈祯;基于近红外光谱分析的土壤水分信息的提取与处理[D];华中科技大学;2010年
2 颜辉;植物油的亚油酸、亚麻酸红外光谱融合和模型优化方法的研究[D];江苏大学;2010年
3 金笙;北京市节水草坪用水量预测及推广对策研究[D];北京林业大学;2011年
4 黄富荣;人体血液胆固醇、甘油三酯近红外光谱无试剂分析方法研究[D];暨南大学;2010年
5 郑光辉;江苏部分地区土壤属性高光谱定量估算研究[D];南京大学;2011年
6 高杰;基于过渡金属的超分子光化学传感器识别生物功能性检测物[D];华东理工大学;2010年
7 周灵初;红柱石的浮选分离技术及机理研究[D];武汉科技大学;2010年
8 高利坤;细粒难选金红石矿分步浮选工艺及理论研究[D];昆明理工大学;2009年
9 郭俊先;基于高光谱成像技术的棉花杂质检测方法的研究[D];浙江大学;2011年
10 邵咏妮;水稻生长生理特征信息快速无损获取技术的研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李硕;基于Vis/NIR光谱不同粒径下土壤碳氮的预测研究[D];华中农业大学;2010年
2 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
3 胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
4 何文;近红外漫反射光谱结合PLS-ANN算法对药物有效成分的定量分析测定[D];郑州大学;2010年
5 马江雁;锰氧化物改性沸石(MOCZ)对罗丹明B和4-氯苯酚的吸附研究[D];郑州大学;2010年
6 陶丘博;化学计量学在多组分分析同时测定中的应用[D];郑州大学;2010年
7 王晓东;基于红外吸收型CO_2浓度分析仪设计[D];郑州大学;2010年
8 王宁;PA66/RCT/rPET/滑石粉复合材料的研究[D];郑州大学;2010年
9 李响;油品调和优化问题的研究[D];大连理工大学;2010年
10 李辉;单胃动物仿生消化系统(SDS-Ⅰ)测定鸭饲料代谢能值的精度、变异因素及可加性研究[D];安徽农业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 褚小立;许育鹏;陆婉珍;;用于近红外光谱分析的化学计量学方法研究与应用进展[J];分析化学;2008年05期
2 谢军;潘涛;陈洁梅;陈华舟;任小焕;;血糖近红外光谱分析的Savitzky-Golay平滑模式与偏最小二乘法因子数的联合优选[J];分析化学;2010年03期
3 夏柏杨,任芊;近红外光谱分析技术的一些数据处理方法的讨论[J];光谱实验室;2005年03期
4 胡愉华;潘涛;陈星旦;梁家杰;陈华舟;;甘蔗初压汁锤度近红外光谱分析的波段优选[J];光谱实验室;2009年01期
5 尹浩;潘涛;田佩玲;韩筠;韦相才;张清健;方俊宇;钟泉;冯华;;FTIR/ATR光谱应用于人体血液血红蛋白的快速定量分析[J];光谱实验室;2009年02期
6 刘登飞;潘涛;陈洁梅;谢军;任小焕;陈华舟;;甘蔗清糖浆锤度近红外光谱分析的模型优化[J];光谱实验室;2010年02期
7 徐广通,袁洪福,陆婉珍;现代近红外光谱技术及应用进展[J];光谱学与光谱分析;2000年02期
8 郑咏梅,张铁强,张军,陈星旦,申铉国;平滑、导数、基线校正对近红外光谱PLS定量分析的影响研究[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
9 高荣强,范世福,严衍禄,赵丽丽;近红外光谱的数据预处理研究[J];光谱学与光谱分析;2004年12期
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 司圣柱;小波变换方法及其在化学中的应用[J];安徽教育学院学报;2004年03期
2 张军,郑咏梅,王芳荣,陈星旦;谷物近红外光谱分析中常用数据处理方法讨论[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年01期
3 田鸾英,高武红,谢雨芳,易烈致,孙彦香;应用血液学指标诊断新生儿地中海贫血[J];中国当代儿科杂志;2005年01期
4 闵顺耕,谢秀娟,周学秋,李力,严衍禄;近红外漫反射光谱的小波变换滤波[J];分析化学;1998年01期
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8 尹浩;潘涛;田佩玲;韩筠;韦相才;张清健;方俊宇;钟泉;冯华;;FTIR/ATR光谱应用于人体血液血红蛋白的快速定量分析[J];光谱实验室;2009年02期
9 景茂,严衍禄,刘广田;付里叶变换近红外漫反射光谱法测定小麦单籽粒中蛋白质含量[J];光谱学与光谱分析;1991年03期
10 王多加,周向阳,金同铭,胡祥娜,钟娇娥,吴启堂;近红外光谱检测技术在农业和食品分析上的应用[J];光谱学与光谱分析;2004年04期
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1 黄毓禧,覃海芳,刘彩萍;大新县部分育龄夫妇地中海贫血筛查报告[J];中国计划生育学杂志;2000年02期
2 潘红飞,李强,赵国章,农世光;脐血肽链分析筛查重型地中海贫血研究[J];新生儿科杂志;2000年01期
3 刘丹;李雪丹;;MCV、MCH、RBC计数和血红蛋白电泳在地中海贫血筛查中的诊断价值[J];中国妇幼保健;2010年13期
4 白鹰,龙桂芳,黎家少,林伟雄,凌寿竹,唐智宁,蒙天生;253对拟婚青年地中海贫血筛查研究[J];中国计划生育学杂志;1997年06期
5 梁携好,邓云,谢小怡,许健玲,方慧敏;地中海贫血筛查及相关项目分析[J];中国妇幼保健;2004年05期
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1 李凡;郑胤强;杨惠宁;;不良孕育史夫妇的地中海贫血筛查[A];第五届全国优生科学大会论文汇编[C];2000年
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