便携式拉曼光谱仪实时监控细胞培养液物质浓度
关键词：innoram拉曼光谱仪，bwiq拉曼定量分析软件，细胞培养液物质浓度实时监测
细胞培养液提供了细胞或细菌生长和繁殖所需的各种营养物质，包括葡萄糖、乳糖、氨基酸、蛋白质等，指示着细胞或细菌实时的生长状况。为了保持细胞或细菌的正常生长，对体系内的营养物质进行实时的监测就非常有必要。
传统的检测手段通过取样，采用生化分析仪来得到各营养物质的含量，分析一个样品大概需要20~30分钟，无法满足实时监测的要求。拉曼光谱方法具备无需采样、测定速度快且可实时监控等优点，与化学计量学方法的紧密结合，为细胞培养液的实时监控提供了一个有力的工具。
实验部分
便携式拉曼光谱仪innoram，激光波长785 nm，波长范围65 ~ 3070 cm-1，分辨率3.5 cm-1，te致冷至-20℃。
实验步骤
1. 搭建在线监控平台(图1)
图1 样品测量示意图
2. 采集样品光谱，建立样本训练集。本实验中积分时间设置为60s，2d binning模式，平均次数1次，激光强度为100%(探头前端功率约210mw)。
2. 建立定量模型
bwiq是与b&wtek的拉曼光谱仪无缝连接的化学计量学软件，除包含常见的光谱预处理、样本划分及经典多元回归方法，也包含了一些*的whiattker平滑，svr回归等算法，适应于各类数据的建模分析。
bwiq采用向导式的建模方式，用户可自由的对各类算法进行编辑或执行预览，便于对算法参数进行修正。图2为60个样品的拉曼光谱，图3为采用pls进行多元回归后的建模结果，训练集r2为0.995，验证集的r2为0.966，rmse值分别为0.0323和0.152，结果较为可靠。
图2：训练集样本：60个样品的原始光谱
图3 训练集和验证集的回归图
图4 训练集的残差图
3. 结果预测
bwiq软件可与bwram数据采集软件连接，直接对样品进行测试并预测其化学值，也可对所采集的光谱进行批量的预测。表1是采用上述建立的模型对实际体系中某营养物质的浓度的预测。
结论
采用innoram便携拉曼光谱仪对该物质的检测限可达0.5g/l, 满足实际使用的要求，避免了取样对体系可能造成的污染，并使得实时监控成为可能，减少取样分析的成本并大大提率。
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2. 采集样品光谱，建立样本训练集。本实验中积分时间设置为60s，2d binning模式，平均次数1次，激光强度为100%(探头前端功率约210mw)。
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结论
采用innoram便携拉曼光谱仪对该物质的检测限可达0.5g/l, 满足实际使用的要求，避免了取样对体系可能造成的污染，并使得实时监控成为可能，减少取样分析的成本并大大提率。
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