Comparative analysis of basic methods for resolution of two-component fluorescence spectra

Zastosowano pięć różnych metod chemometrycznych do rozdzielenia macierzy widm wzbudzenia i emisji fluorescencji (Excitation-Emission Matrices – EEMs) mieszaniny 9-cyjanoantracenu (CA) i 9,10-dicyjanoantracenu (DCA) w metanolu z dodatkiem bromku litu jako wygaszacza. Wszystkie wykorzystane metody są oparte na analizie faktorowej i rozkładzie według wartości szczególnych (Singular Value Decomposition - SVD), różnią się jednak podejściem teoretycznym oraz sposobem, w jaki należy przygotować dane wyjściowe. Do metod GRAM (Generalized Rank Annihilation Method) oraz Kubisty wystarczą dwie macierze wzbudzenia i emisji roztworów różniących się stężeniem wygaszacza, dla modelu PARAFAC (Parallel Factor Analysis) oraz TLD (Trilinear Decomposition) niezbędne jest zebranie kilku macierzy EEM w tablicę trójwymiarową, metoda oparta na równaniu Sterna-Volmera ma zastosowanie jedynie dla mieszanin dwuskładnikowych o kilku różnych stężeniach wygaszacza oraz można nią rozdzielić jedynie widma fluorescencji. Wyniki rozdzielenia opisanej wcześniej mieszaniny wszystkimi metodami zostały porównane i opisane. Przedstawiono także dokładniejszy opis przygotowania zmierzonych macierzy wzbudzenia-emisji do ich dalszego rozdzielania.

Five various methods of chemometrics have been applied for the resolution of the fluorescence Excitation-Emission Matrices – EEMs of a mixture of 9-cyanoanthracene (CA) and 9,10-dicyanoanthracene (DCA) in methanol with admixtures of lithium bromide as a quencher. All employed methods are based on Factor Analysis and Singular Value Decomposition – SVD but differ in terms of theoretical foundations and the way the input data should be preprocessed. For GRAM (Generalized Rank Annihilation Method) and Kubista’s approach it suffices to have two excitation-emission matrices for the solutions with different concentration of the quencher, for PARAFAC (Parallel Factor Analysis) model as well as TLD (Trilinear Decomposition) the indispensable prerequisite is setting of several EEMs in a three-dimensional array, and a method based on the Stern-Volmer plot can only be applied to two-component fluorescing mixtures with a few different quencher concentrations so only the resolution of the fluorescence spectra is rendered possible. The results of the resolution of the described above mixture by all the methods have been compared and characterized. A more detailed description of the preprocessing of the measured EEMs prior to the resolution process is also presented.