近红外光谱技术在检测转基因油菜籽中芥酸和硫甙上的应用研究

随着转基因食品的迅速发展,人们越来越关心其食用安全性。以转基因油菜及其亲本为实验材料,借助于近红外光谱仪对转基因油菜及其亲本中的芥酸和硫甙进行了测定分析：扫描区间为12 000～4 000 cm-1,分辨率为4 cm-1,扫描次数为64次。结果显示近红外检测样品的结果与通用方法结果相近,说明通过扫描光谱加上数学和计算机软件分析,非常准确、方便的测定了转基因油菜中的芥酸和硫甙。结果表明,转基因油菜中的芥酸含量明显高于亲本中的含量,芥酸含量是非转基因亲本1.5～2.0倍;硫甙含量也表现出芥酸相同的规律,转基因油菜中显著高于其相应亲本,是亲本含量的1.3～1.51倍以上。所以,在转基因作物的育种过程中,在改善个别性状的同时,如何保持其他优良性状应当引起重视。     

用近红外光谱分析转基因抗虫棉根际全氮和有机质含量

随着转基因植物的普及推广,人们越来越关心其生态安全性。以转基因棉花及其对照为实验材料,借助于近红外光谱仪对转基因棉花及其对照根际土壤和非根际土壤中的全氮和有机质进行了分析测定,扫描区间为12 000～4 000 cm-1,分辨率为4 cm-1,扫描次数为64次;同时用标准方法进行对比测定。结果显示近红外检测样品的结果与标准方法结果无明显差别,说明通过扫描光谱加上数学和计算机软件分析,非常准确、方便地测定了转基因作物根际土壤中的全氮和有机质。结果显示,转基因棉花根际土壤中的全氮和有机质含量显著高于对照中的含量,分析原因主要可能与转基因抗虫棉向根际土壤分泌毒蛋白所致,毒蛋白会结合在土壤颗粒上,降解较慢,增加了全氮和有机质的含量,有机质又会增加土壤微生物的繁殖,进一步增加了土壤有机质含量。     

近红外高光谱成像技术用于转基因大豆快速无损鉴别研究

以近红外高光谱成像技术,结合化学计量学方法,研究了转基因大豆的快速、无损检测方法。实验以3种不同非转基因亲本(HC6, JACK, TL1)及其转基因大豆作为研究对象。采用高光谱成像系统采集874~1 734 nm波长范围的256个波段范围的高光谱图像,提取大豆的光谱信息,剔除明显噪声部分后,采用Moving Average(MA)平滑预处理的941~1 646 nm范围光谱数据进行分析。采用偏最小二乘判别分析算法(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA),对3种非转基因亲本大豆建立模型进行判别分析,其相应的建模集和预测集的判别正确率分别为97.50%和100%,100%和100%,96.25%和92.50%,结果表明,高光谱成像技术可用于非转基因大豆的识别。对非转基因亲本及其转基因大豆进行判别分析,基于全谱,3种的建模集和预测集的判别正确率分别为99.17%和99.17%,87.19%和81.25%,99.17%和98.33%;以x-loading weights提取非转基因亲本及其转基因大豆判别分析的特征波长并建立PLS-DA模型,3种的建模集和预测集的判别正确率分别为72.50%和80%,80.63%和79.38%,85%和85%,该结果表明非转基因亲本与转基因品种的判别分析是可行的,特征波长的选择也可用于非转基因亲本与转基因品种的判别分析。研究表明采用近红外高光谱成像技术对非转基因大豆、非转基因亲本及其转基因大豆进行鉴别是可行的,为转基因大豆的快速无损准确鉴别提供了一种新方法。     

玉米品种近红外光谱的DFT特征分析方法

提出了一种基于离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的玉米品种特征分析新方法.实验数据为37个玉米晶种种子的近红外漫反射光谱数据,波段范围为4 000～12 000 cm-1.文中通过对原始数据进行分析,发现扫描频率较高的部分噪声也比较大.文中首先定义了一种类间、类内差异度Qm的...     

基于近红外光谱法的多组分复杂溢油源定量建模分析

研究利用近红外光谱分析方法进行模拟复杂混合溢油源的定量分析问题。选取汽油、柴油、煤油三种轻质石油类产品,按照不同浓度比例配置成40个模拟混合溢油样本,利用傅里叶变换近红外光谱仪采集其在4 000～12 000 cm-1谱区范围内的近红外光谱;采用不同预处理方法,利用偏最小二乘算法建立混合溢油样本三组分各自的浓度定量模型。汽油、柴油和煤油的最优预处理方法均为二阶导数方法,分别在8 501.3～7 999.8 cm-1,6 102.1～4 597.8 cm-1,6 549.5～4 597.8 cm-1,7 999.8～7 498.4 cm-1和6 102.1～4 597.8 cm-1谱区范围内,预测模型的决定系数R2分别为0.998 2,0.990 2和0.993 6;RMSEP值分别为0.474 7,0.936 1和1.013 1;RPD值分别为25.126 9,10.517 3和13.072 0。实验结果表明：利用近红外光谱分析技术结合化学计量学方法能够定量确定模拟混合溢油样本中各组分的浓度,为海洋复杂溢油源的定量检测与分析提供有效手段。     

近红外光谱结合一类支持向量机算法检测鸡蛋的新鲜度

研究利用近红外光谱技术结合模式识别方法识别鸡蛋的新鲜度,在识别模型建立过程中,引入一类支持向量机(OC-SVM)算法解决新鲜蛋和非新鲜蛋训练样本数量不平衡问题。首先获取鸡蛋在10 000～4 000 cm-1范围内的近红外漫反射光谱,通过主成分分析方法提取光谱数据中的特征信息,优选了3个主成分作为模型的输入向量,然后采用OC-SVM区分新鲜蛋和非新鲜蛋。在模型建立过程中,对相关参数进行了优化,试验结果显示在相同条件下,OC-SVM模型识别结果较传统的支持向量机模型好。最优OC-SVM模型对新鲜蛋和非新鲜蛋的识别率均为80%,传统的支持向量机对新鲜度的识别率为100%,对非新鲜度的识别率却为0%。研究结果表明利用近红外光谱快速识别鸡蛋新鲜度方法是可行的;OC-SVM算法为训练样本数量不平衡提供了一种有效的解决方法。     

近红外光谱分析技术在宝石研究中的应用

运用傅里叶变换红外光谱仪对常见宝石、玉石、有机宝石的近红外光谱进行分析研究以及谱峰归属。宝石的近红外光谱表明,宝石矿物中广泛存在不同类型水的合频、倍频吸收峰,也可出现能量较低的电子跃迁吸收峰,其中水分子组合频吸收峰位于5 200 cm-1±,OH的倍频吸收峰位于7 000 cm-1±,以5 898 cm-1±和7 849 cm-1±为中心的强宽吸收谱带为能量较低的电子跃迁吸收峰,并且当只有7 000 cm-1±出现时表明水以—OH的形式存在于宝石中,当5 200和7 000 cm-1±吸收峰同时存在则表明宝石矿物中水的存在形式既有水分子也有—OH。而有机宝石近红外光谱以7 000 cm-1± NH伸缩振动的一级倍频和5 200 cm-1± NH伸缩振动与酰胺Ⅱ的组合频为特征。但是,近红外光谱吸收峰的峰位、峰型、相对强度因有机宝石的品种不同而有所区别。苯环中CH的伸缩振动与弯曲振动组合频吸收峰(4 061和4 179 cm-1±)、CH伸缩振动与苯环骨架振动的组合频吸收峰(4 621和4 683 cm-1±)为经过有机物充填处理的宝玉石的特征谱峰,其中,与苯环有关的吸收峰,表示样品经过充填处理,指示样品中环氧树脂的存在。     

基于近红外光谱技术的小麦条锈病和叶锈病的早期诊断

为实现小麦条锈病和叶锈病的早期诊断,利用近红外光谱技术结合定性偏最小二乘法(DPLS)建立了一种鉴别这两种病害的方法。试验将150片小麦叶片(健康叶片、条锈病潜育叶片、条锈病发病叶片、叶锈病潜育叶片、叶锈病发病叶片各30片)分为5类,扫描获得近红外光谱,建立小麦叶片DPLS近红外光谱鉴别模型。原始光谱数据经二阶导数处理后,在4 000～8 000 cm-1范围内,当利用不同建模比建模时,建模集的平均识别率为96.56％,检验集的平均识别率为91.85％,证明了模型的稳定性。当建模比为2∶1、主成分数为10时,模型识别效果较好,建模集的识别准确率为97.00%,检验集的识别准确率为96.00%。表明应用近红外光谱技术建立的小麦条锈病和叶锈病早期诊断的定性鉴别方法是可行的。     

傅里叶近红外光谱的雪青梨酸度偏最小二乘法定量分析

利用近红外漫反射光谱测定法获取了完整雪青梨的近红外光谱(12 500～4 000 cm-1), 采用多元校正算法偏最小二乘法(PLS)方法,选取不同的波段范围对漫反射光谱进行有效信息提取和分析,得出了不同因子数时PLS方法进行酸度分析的结果及其因子数与交互有效检验标准偏差(RMSECV)关系,确定了最佳回归的因子数和用于定量分析的最佳波段范围。实验结果表明: 校正模型的预测精度在5 452～12 285 cm-1波段范围内,最佳主因子数为7时,雪青梨总酸的预测精度最好,其预测集的相关系数达到了0.79, 预测标准偏差为0.018 6。     

傅里叶变换近红外光谱仪扫描条件对数学模型预测精度的影响

以小麦粉状样品为例 ,研究了傅里叶变换近红外光谱仪在不同分辨率 ,不同的激光频率下扫描样品对近红外光谱用于分析小麦样品蛋白质含量的影响。结果表明 :以 4 ,8,16cm- 1 的分辨率扫描样品或当激光频率改变幅度在 1cm- 1 以内时对小麦蛋白模型的影响不显著 ,样品粒度对模型影响较大     

近红外漫反射光谱法测定川西高原产沙棘中异鼠李素含量

提出了用近红外光谱技术快速测定川西高原产沙棘中异鼠李素含量的方法。对异鼠李素含量在0.1%～0.8%范围内的川西高原产沙棘, 采用SiO₂拌样法,测定其在 12 000～4 000 cm-1的近红外吸收光谱, 采用偏最小二乘算法建立了校正模型, 比较了光谱不同预处理方法对校正结果的影响 。当采用消除常数偏移量处理方法时能最有效地提取光谱中的有效信息, 此时校正集相关系数(r2)为0.739 8, 校正集标准偏差(SEC)为0.107, 预测集标准偏差(SEP)为0.073。该方法与传统方法相比更加快速简便。     

近红外漫反射光谱法测定川藏道地药材菥蓂子中黑芥子苷含量

提出了用近红外光谱技术快速测定川藏道地药材菥蓂子中指标成分黑芥子苷含量的方法。对黑芥子苷含量在1.962%～3.917%范围的不同来源的菥蓂子,根据其在12 500～3 600 cm-1的近红外吸收光谱,采用偏最小二乘法(PLS)建立了校正模型,比较了光谱不同预处理方法对校正结果的影响。当采用最大最小归一化法时能最有效地提取光谱的信息,此时校正集相关系数(r)为0.989 8,校正集标准偏差(SEC)为0.023 3, 预测集标准偏差(SPE)为0.111 2。该方法快速简便,适合于重要指标成分的快速分析。     

近红外漫反射光谱法测定黄芩中总黄酮及黄芩苷的含量

文章建立了近红外漫反射光谱技术快速测定中药黄芩中主要活性成分黄芩苷和总黄酮含量的方法.对黄芩苷含量在12.24%～21.34%,总黄酮含量在16.08%～26.52%范围内的61个不同产地的黄芩,选择在8 000～4 000 cm-1范围内的近红外吸收光谱,采用偏最小二乘算法(PLS)比较不同光谱预处理方法建市的校正模型,结果表明一阶导数和最小最大归一化的数据预处理方法分别为黄芩苷和总黄酮最优预处理建模方法.黄芩苷校正集相关系数(r)为0.902 4,校正集标准偏差(SEC)为1.01,预测集标准偏差(SEP)为0.876 4;总黄酮校正集相关系数(r)为0.952 7,校正集标准偏差(SEC)为0.785,预测集标准偏差(SEP)为0.521 1,该方法快速简便,适合于黄芩中主要活性成分的快速分析.     

漫反射光谱技术对文物保护及相关问题的研究

应用自行研制的光导纤维反射分光光度计,研究了漫反射光谱技术在文物保护研究中的应用。主要工作包括： (1)通过比较待测颜料和标准颜料反射光谱曲线的形状和特征反射峰或一阶导数峰的位置,实现对彩绘文物颜料的分析鉴定。(2)用漫反射光谱技术监测金属表面状态的变化。文中通过对铜及其锈蚀产物漫反射光谱的研究得到了铜表面的一些信息,可见漫反射光谱技术对金属表面状态的研究具有特殊的功能。(3)通过研究文物保护修复材料的反射光谱特性,指导人们选择适宜的材料。作者的研究证实了漫反射光谱法是一种新的文物保护研究技术,具有简便、快捷和不损坏文物的特点,该工作使漫反射光谱技术成为文物保护研究的一种新的检测手段,同时也为漫反射光谱分析开辟了新的研究应用领域。     

三维漫射光谱法检测猪肉嫩度的初步研究

猪肉是光的强散射物质,嫩度是评价猪肉品质优劣的重要标准之一,提出一种基于三维漫射光谱法的猪肉嫩度检测方式。将猪肉样本更多的散射信息引入光谱分析中。利用实验室搭建的数据采集系统,通过采集距光源入射点不同距离处的样本漫反射光信号构建了64个猪肉样本的三维漫射光谱。经过小波消噪处理后,利用多维偏最小二乘法(NPLS)建立了三维漫射光谱与猪肉嫩度之间的分析模型,模型的校正决定系数R2_Cal是0.883 1,校正标准差RMSEC是3.685 0N,预测决定系数R2_Pred是0.874 7,预测标准差RMSEP是3.9756N。实验结果表明, 与常规的漫反射光谱法相比,三维漫射光谱法所建立的猪肉嫩度NPLS模型具有更高的校正精度和预测稳健性,有望为猪肉嫩度及其他品质的快速检测提供一种新的途径。     

基于符号熵特征提取方法的特种品质鸡蛋近红外光谱鉴别分析

特种品质鸡蛋的快速、无损、准确鉴别是目前急需解决的问题。提出利用符号熵特征提取方法进行特种品质鸡蛋的近红外光谱鉴别。选择普通鸡蛋、柴鸡蛋、富硒蛋和富锌蛋作为研究对象,测得其在12 000～4 000cm-1范围内近红外漫反射光谱,基于符号聚合近似算法进行符号化表示,提取符号光谱序列的符号熵作为特征向量,然后设计纠错编码支持向量机多类分类器对光谱进行定性鉴别。算法参数变化时,符号熵特征表现出很好的鲁棒性,最高识别率达100%。研究结果表明利用近红外方法鉴定特种品质鸡蛋是可行的,同时符号熵可作为一种新的近红外光谱特征提取方法。     

漫反射光谱用于光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量监测的初步研究

尝试利用漫反射光谱检测鲜红斑痣皮肤的氧含量,并用于监测光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量的变化。采用Ocean Optics公司生产的USB2000微型光纤光谱仪采集PWS皮肤的漫反射光谱,根据氧合血红蛋白与还原血红蛋白(皮肤中两种主要的吸光基团)吸收光谱的差异,分析病变皮肤氧含量及治疗中氧含量的变化趋势。对14例PWS患者进行治疗中皮肤漫反射光谱的监测。结果显示,治疗前不同类型PWS皮肤氧含量不同,光动力治疗中大部分P4、P5型PWS皮肤氧含量没有显著降低,P6型PWS皮肤氧含量降低明显。表明现有的漫反射光谱法可定性监测PWS皮肤氧含量的变化趋势。通过进一步提高仪器的灵敏度并建立相应的光谱分析方法,有望更准确地测量PWS皮肤中的氧含量变化。     

基于硒化锌薄膜法的食源性致病菌原位红外光谱检测

食源性致病菌是引发和威胁公众健康的主要因素之一。由于食源性致病菌种类繁多,常规检测方法复杂耗时要求高,因此迫切需要一种更加快速精确的致病菌检测技术。在传统红外光谱检测致病菌的流程中,如经典的溴化钾压片法,除了压片本身的操作之外通常还需对样品进行冷冻干燥（约需2 d）等耗时前处理过程,因而不利于高通量快速检测。本研究利用硒化锌薄膜法,在硒化锌窗片上直接滴加菌液、低温（48 ℃）烘干后进行原位检测,无需漫长的冻干处理,整个检测过程在50 min之内。同时,检测所需样品量少（10 μL）无需研磨等物理破坏性的制样过程,避免了常规溴化钾压片法中研磨颗粒粗细、制片厚薄误差及易碎片、吸潮等的不利影响。四种常见食源性致病菌（大肠杆菌DH5α;沙门氏菌CMCC 50041;霍乱弧菌SH04;金黄色葡萄球菌SH10）的硒化锌薄膜法与溴化钾压片法红外谱图对比分析表明：在相同的峰值检测阈值下（透过率大于0.05%）,本研究所采用的方法获得的二阶导数图谱在900～1 500 cm-1范围内可被识别的特征峰个数比溴化钾压片法明显增多（硒化锌薄膜法共计81个,溴化钾压片法共计58个）,特征峰在多个位置强度显著增加(1 119,1 085和915 cm-1等),且可将溴化钾压片法中较宽的单峰或不明显的双峰显示为较明显的双峰（大肠杆菌DH5α：1 441,1 391和1 219 cm-1等; 沙门氏菌CMCC 50041：1 490,1 219和1 025 cm-1;霍乱弧菌SH04：1 441和1 219 cm-1;金黄色葡萄球菌SH10：1 491,1 397和1 219 cm-1）,说明硒化锌薄膜法可以提高图谱分辨率及信噪比。基于硒化锌薄膜法的原位红外光谱法对常见食源性致病菌整体快速高通量检测将具有巨大的应用前景。