Többváltozós adatelemzéssel kombinált gyengített teljes reflexiós infravörös spektroszkópia az ásványos összetétel vizsgálatában

Abstract

A gyengített teljes reflexiós Fourier transzformációs infravörös spektroszkópia (ATR FTIR) mennyiségi eredményeinek értelmezése általában nehéz és az adatok mélyebb áttekintéséhez különböző adatfeldolgozási módszereket kell alkalmazni. Ezeknek a módszereknek alkalmasnak kell lenniük a nagyméretű többdimenziós adatkészletek kezelésére és ezzel együtt a teljes spektrális információ feltárására. E többváltozós adatelemzési módszerek hatékony végrehajtása azonban megköveteli az adatok előkezelését is. A nyers adatok előfeldolgozása segít a zaj kiküszöbölésében és a megkülönböztető jellemzők kiemelésében. Ez a tanulmány olyan két általánosan használt többváltozós elemzésre — a főkomponens regresszióra (PCR) és a parciális legkisebb négyzetek regresszióra (PLSR) — összpontosít, amelyekkel az infravörös spektrumokból származó ásványtani információk kinyerhetők, valamint az ATR FTIR spektroszkópiában széles körben alkalmazott spektrum-előfeldolgozási módszereket tárgyalja. A PCR és PLSR modellek létrehozásához gyakori kőzetalkotó ásványok (kalcit, dolomit, kvarc, földpát, muszkovit, illit, szmektit és kaolinit) természetes sztenderdjeit és azokból készített szintetikus keverékek egy olyan adatkészletét állítottunk elő, amelyek összekapcsolják az ásványos összetételt az infravörös spektrumokkal. A minták spektrumait a 400–4000 cm–1 tartományban vettük fel. Továbbá referenciaként a röntgen-pordiffrakciós adatokból becsültük meg a minták ásványos összetételét. Az eredményül kapott PCR és PLSR modelleket szintetikus keverékekkel is teszteltük. A felállított 24 db modell arra utal, hogy a PCR és a PLSR eljárással hasonló eredményre jutunk. A különböző spektrum-feldolgozások nagyobb hatással vannak a becsült ásványos összetételre, mint a tanulmányozott többváltozós módszerek. Továbbá különböző ásványok mennyisége a modellekben különböző bizonytalansággal becsülhető, amelyet az ásványok eltérő infravörös fényelnyelő képessége, átfedő sávok és egyéb fizikai hatások okozhatnak.