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1000~2500nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选

1000~2500nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选

张紫杨,孙 迪,刘冰洁,等.1000~2500nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选[J].纳米技术与精密工程,2017,15(3):199-204.ZhangZiyang,SunDi,LiuBingjie,etal.Reasonableselectionofwavelengthsforglucoseabsorptionspectrumfromawidewavebandof1000—2500nm[J].Nanotechnology and Precision Engineering ,2017,15(3):199-204(inChinese).

1000~2500nm 宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选

张紫杨,孙 迪,刘冰洁,孙翠迎,刘 瑾

(精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学),天津300072)

摘 要:采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,

需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波

长选择原则,可在测量灵敏度最大的条件下,评价葡萄糖吸收光谱的测量是否可行.以葡萄糖在水溶液中的测量为

例,基于最佳光程长理论,对1000~2500nm的每个波长均进行光程优化,以1mmol/L的检测浓度为目标,筛选了

可行的测量波段.结果表明,即使在最佳光程长下检测,该检测目标对测量光谱的重复性信噪比要求也非常高,当

SNR达到10000∶1时,仅有4个波段满足要求,分别是:1000~1160nm,1375~1420nm,1590~1640nm和

1870~1910nm.其中短波长波段1000~1160nm对光谱信噪比的要求最低,且最佳光程长最长,皮肤穿透深度

最大,显示了较好的应用前景.这一结果对皮肤中的葡萄糖测量的波长选择有较好的参考价值.此外,本文所提出

的波长选择方法也同样适用于采用吸收光谱法对其他物质成分的测量.

关键词:近红外光谱;葡萄糖测量;血糖;最佳光程长;波长优选

中图分类号:O433畅1   文献标志码:A   文章编号:1672-6030(2017)03-0199-06  收稿日期:2017-03-21.

  基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012AA022602,2012YQ090194);国家自然科学基金资助项目(60938002,

81471698).

  作者简介:张紫杨(1989— ),女,硕士研究生.

通讯作者:刘 瑾,副教授,liu_jin@tju.edu.cn.Reasonable Selection of Wavelengths for Glucose Absorption Spectrum from a Wide Waveband of 1000—2500nm

ZhangZiyang,SunDi,LiuBingjie,SunCuiying,LiuJin

(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments(TianjinUniversity),Tianjin300072,China)Abstract :Inthebloodglucosemeasurementbasedonnearinfrared(NIR)spectroscopy,highmeasure-

mentprecisioncouldnotbeachievedeasilybecausetheopticalsignalcausedbytheglucoseconcentrationvariationinskinisrelativelyweak.Theprecisionrequirementcanbesatisfiedonlywhenthesignalsofglucoseexceedthenoisescausedbythebackgroundduringthetest.Wepresentanevaluationprincipletoreasonablyselecttheavailablewavelengthsfrom1000nmto2500nm,throughwhichthesignalof1mmol/Lglucoseconcentrationvariationcanbedetected.Inthisevaluation,theusedpathlengthforev-erywavelengthisoptimizedsincethemaximummeasurementsensitivitycanbeacquiredhere.Theevalu-ationprinciplewasappliedontheglucosemeasurementinwatersolution,andtheavailablewavelengthbandswerefoundfortheprecisiontargetof1mmol/Lglucoseconcentrationvariation.Theresultsshowthattheprecisionof1mmol/Lrequiresahighsignal-to-noiseratio(SNR)fortherecordedspectraldata,eventhoughtheusedwavelengthsaretheglucoseabsorptionpeaksandtheoptimumpathlengthsare万方数据