21.05.2026
Komplex-wertige Chemometrie erweitert die quantitative Spektrenanalyse
Ein Forschungsteam um Thomas G. Mayerhöfer und Jürgen Popp vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) der Universität Jena zeigt, dass die klassische Auswertung spektroskopischer Daten auf Basis der Absorbanz physikalisch unvollständig ist.
In einem aktuellen Fachartikel wird ein Ansatz vorgestellt, der den komplexen Brechungsindex - bestehend aus Real- und Imaginärteil - direkt in die chemometrische Analyse einbezieht.
Während die Absorbanz nur lokale spektrale Information liefert, enthält der Realteil des Brechungsindex zusätzliche, global verknüpfte Information über das gesamte Spektrum. Diese ist über die Kramers-Kronig-Relationen mit der Absorption gekoppelt und bleibt auch in schwach absorbierenden Bereichen erhalten.
Anhand von Simulationen und Modellrechnungen wird gezeigt, dass insbesondere bei Mischungen systematische Abweichungen vom Beer-Lambert-Gesetz auftreten. Diese lassen sich nicht allein durch statistische Methoden kompensieren, sondern erfordern eine physikalisch konsistente Beschreibung der spektralen Daten.
Die komplex-wertige Erweiterung klassischer Verfahren wie CLS, ILS, PCR und PLSR führt zu verbesserten Vorhersagen und ermöglicht zugleich eine physikalisch interpretierbare Modellierung. Die methodischen Grundlagen wurden in einer Reihe aktueller Arbeiten systematisch entwickelt und auf verschiedene Regressionsverfahren übertragen sowie kürzlich auf die gemeinsame Analyse von Absorbanz- und Raman-Spektren erweitert. Langfristig eröffnet dieser Ansatz Perspektiven für physik-informierte Datenanalyse und die Entwicklung personalisierter optischer Modelle, etwa im Kontext digitaler Zwillinge für spektroskopische Anwendungen.
Quelle: Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT)