通过挥发物鉴别葡萄变质状态-基于长光程红外光谱和简易电子鼻阵列

葡萄在劣变时会挥发出特定成分和浓度的气体。在变质葡萄的挥发物红外光谱中发现了乙醇、乙酸乙酯和二氧化碳的光谱特征。通过多次反射的光学系统提高了光谱测量的光程,从而获得了更高的探测灵敏度。利用新型光谱测量系统进一步研究了葡萄劣变过程中挥发物的精细化特征,并证实了其中含有多种醇类、酯类、醛类和乙烯的光谱特征。部分挥发物的浓度随贮藏时间展现规律性的变化,可以以其为生物标志物来表征葡萄的变质程度。进一步以光谱观测规律为基础研制了由传感器阵列组成的电子鼻,通过对特定挥发物的定量化测量实现葡萄变质的分类和预警。揭示了更为精细的葡萄劣变过程中挥发物的光谱特征变化规律,证实了通过挥发物测量鉴别水果变质的可行性,为开展水果变质的实时监测技术研究提供了理论和技术参考。     

塑料挥发物长光程FTIR测量方法

塑料产品除了在自然环境中可降解为微塑料污染环境之外,还会产生挥发性有机物,同样对环境造成巨大的污染和危害,因此对塑料挥发物的测量就显得尤为重要。目前传统挥发物的测量方法,如环境质谱法和色谱法等,存在测量过程复杂,成本高,无法实时测量等缺点,因而需要一种快速有效的针对塑料挥发物的测量方法。采用傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer,FTIR Spectrometer）结合怀特池对塑料挥发物进行测量,但是由于抽取式傅里叶变换红外光谱仪本身灵敏度有限,很难实现微量的塑料挥发物的测量,所以针对这一问题,尝试通过长光程气体池提高常规傅里叶变换红外光谱仪的灵敏度从而实现不同种类塑料挥发物的测量。选取了5种塑料产品,分别是低密度聚乙烯（LDPE）,高密度聚乙烯（HDPE）,聚乙烯（PE）,聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）,聚丙烯（PP）,利用光程长为20 m的怀特池结合傅里叶变换红外光谱仪实现了其中一些挥发物的光谱特征观测,实验观察到所有种类的塑料在2个光谱波数段具有明显的光谱特征,分别为800~850和1 050~1 150 cm-1。除聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）外,其余4种塑料挥发物在2 800~3 000 cm-1还存在明显的光谱吸收波段。进一步又研究了不同温度条件下塑料产生的挥发物,通过分析不同温度条件下的塑料产生的挥发物的红外光谱,发现除低密度聚乙烯（LDPE）在两种温度条件下光谱差异较大外,其他种类的塑料挥发物红外光谱差异较小。该研究提出了一种新型的基于长光程FTIR的塑料挥发物的测量方法,证实了其在塑料挥发物测量方面的有效性,这种方法具有测量成本低,可连续观测,实时在线等优点,为实现连续在线的塑料挥发物排放通量监测奠定了基础。     

二维相关红外光谱的开放光程FTIR气体探测方法

开放光程傅里叶变换红外光谱(OP-FTIR)可以实现快速、灵活、定量化地探测气体,但相较于气体池抽取气体的方式, OP-FTIR的信号微弱,对气体的探测能力受到制约,为提高其对气体的探测能力,以自然状态的气体流动为扰动对测得的气体红外光谱数据进行二维相关分析。以乙醇气体和两种白酒挥发物作为验证对象,用OP-FTIR方法测得乙醇气体以及泸州特酿和汾酒挥发物的红外吸收光谱。未经处理的乙醇气体红外吸收光谱图中,并没有观察到明显的乙醇特征峰,对该红外吸收光谱数据进行二维相关分析,其二维相关同步谱图中对角线上(1 050, 1 050 cm~(-1))处有明显的自相关峰,该自相关峰来自于乙醇,结果验证了:结合二维相关红外光谱,提高了OP-FTIR方法对气体的探测能力。对不同浓度乙醇气体的红外吸收光谱数据进行二维同步相关处理,发现二维相关同步谱图中以1 050cm~(-1)为中心的自相关峰强度随着乙醇气体浓度的增加而增强,说明基于二维相关光谱的OP-FTIR气体探测方法具有一定的定量分析能力。用OP-FTIR方法探测泸州特酿和汾酒的挥发物时,在820～1 480cm~(-1)波段探测挥发物中的乙醇气体,气体含量通过二维相关同步谱图中对角线上(1 050, 1 050 cm~(-1))处的自相关峰强度来衡量,结果显示泸州特酿挥发物中的乙醇气体含量高于汾酒;在1 700～1 820和1 400～1 600 cm~(-1)波段探测挥发物中的香气物质,通过对比泸州特酿和汾酒挥发物的二维相关异步谱图,发现泸州特酿比汾酒挥发物二维相关异步谱图中有更多的交叉峰,说明泸州特酿挥发物表现出更丰富的香气物质信息,这一区别可以用来鉴别泸州特酿和汾酒挥发物。研究证明,基于二维相关红外光谱的OP-FTIR气体探测方法,提高了OP-FTIR方法探测气体的能力,且具有一定的定量分析能力,同时,用于不同挥发物的鉴别也值得进一步研究。     

基于仪器线型订正的开放光程FTIR测量中的水汽谱在线扣除方法

水汽吸收分布于整个中红外波段,它的存在干扰红外光谱的定量分析。文章介绍了一种从傅里叶变换红外光谱仪的测量数据中扣除水汽干扰信号的新方法。该方法首先通过气象参数测量获得气压、温度和相对湿度,结合HITRAN数据库中提供的水汽线强、自展宽、空气展宽等参数,使用逐线积分方法计算出高分辨率水汽吸收谱,再通过仪器线型订正,合成出与仪器分辨率相匹配的水汽谱,将其作为干扰组分直接从测量所得到的含有水汽的混合光谱中扣除。对开放光程FTIR系统的实测数据的分析结果表明,使用该方法可以有效消除水汽干扰,扣除后的光谱包含待测组分的吸收特征和噪声。在开放光程FTIR等无法使用干燥设备去水的观测条件下,使用该方法可以达到较理想的水汽扣除效果。     

自然老化谷类种子的二维红外光谱研究

种粮老化影响种子活力及粮食品质。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二阶导数红外光谱(SD-IR)和二维相关红外光谱(2D-IR)方法对不同储藏年份的大麦,小麦,稻谷,玉米和高粱种子进行区分研究。结果显示,原始光谱中几个峰强比有差异;在二阶导数红外光谱中,不同储藏年份种子在1 800～800 cm-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。二维相关红外光谱结果显示：大麦在1 350～1 800 cm-1,小麦,稻谷,玉米和高粱在860～1 690 cm-1范围内有明显差异,随储藏年份增加,自动峰和交叉峰的数目减少,强度减弱。结果表明,应用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能有效快速地区分不同储藏年份的谷类种子。     

中草药绞股蓝的傅里叶变换红外和拉曼光谱分析

利用傅里叶变换红外和拉曼光谱法直接、快速地测定了中草药绞股蓝样品 ,并对所测样品的红外、拉曼光谱图进行比较。结果表明 ,红外光谱图中各吸收峰位置与拉曼光谱图中各散射特征峰位置相对应 ,其关系互补。采用傅里叶变换红外和拉曼光谱分析法 ,对中草药绞股蓝的成份研究和特征波谱的鉴别 ,能为合理利用绞股蓝资源和寻找绞股蓝新的有效成分提供依据     

傅里叶变换红外光谱在葡萄酒品质劣变检测中的应用

葡萄酒如果贮存方法不当极易发生劣变,失去原有的风味和质感,影响品质,因此对葡萄酒劣变进行检测,具有重要意义。在红葡萄酒劣变过程中,主要发生了酸败现象,产生了过量的有机酸类物质,致使葡萄酒原有性状发生变化。利用傅里叶变换红外光谱技术研究红葡萄酒特征光谱及其品质劣变的判别方法。对劣变过程的理化特性进行了分析,并对葡萄酒的FTIR光谱的主要吸收峰进行了解析。在劣变判别过程中,创新性的采用了比较多个吸收峰之间的吸光度比值之间大小关系的方法实现对劣变的判定,但此方法具有一定的相对性。通过对变质红葡萄酒与未变质红葡萄酒的FTIR光谱数据进行对比分析,发现在3 020～2 790,1 760～1 620以及1 550～800 cm-1三个波段内,在光谱特征上具有一定的差异,为了能够将这些光谱差异与葡萄酒的劣变情况建立联系并能够实现判别分析,引入了化学计量学方法。采用主成分分析(PCA)结合软独立建模聚类分析法(SIMCA)分别对以上三个特征波段内光谱数据进行了分类,最后利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对验证集数据在这三个波段进行了判别,结果表明FTIR结合化学计量学方法能够成功区分开变质和未变质的红葡萄酒样本,且具有很好的识别率,其中利用1 550～800 cm-1波段来建模分析效果最好,SIMCA和PLS-DA识别率分别为94%和100%。     

傅里叶变换红外光谱法测量大气中CO2和H2O的稳定同位素

光谱技术的发展使得连续测量环境大气中的稳定同位素成为可能。描述了应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术测量环境大气中稳定同位素的方法。为了验证该方法对环境大气中的稳定同位素进行连续测量的可行性,在七天的外场实验中,应用开放光程FTIR系统直接测量环境大气中CO2的稳定同位素12 CO2,13 CO2和H2O的稳定同位素H216 O和HD16 O,并得到大气中碳同位素比值δ13 C和氘同位素比值δD。对同位素比值δ13 C和δD,系统的测量精度分别约为1.08‰和1.32‰。采用Keeling图方法,在不同的时间尺度上对CO2和H2O的同位素数据进行分析,得到了水汽地表蒸散的氘同位素特征δET。外场实验的结果证明了开放光程FTIR系统长期测量环境大气中稳定同位素的潜力。     

藤梨根红外光谱聚类分析及可视化鉴别

探索傅里叶变换红外光谱技术在抗癌中药藤梨根快速鉴别、分析方面的应用。对不同品种藤梨根药材的红外光谱图进行了聚类分析和主成分分析,以样品的主成分数值为评价指标,并将谱图进行可视化表达。结果显示,应用傅里叶变换红外光谱法结合主成分分析和谱图的可视化转化,能够实现红外光谱无损快速鉴别藤梨根品种。傅里叶变换红外光谱法的应用能够快速、简便、准确地鉴别藤梨根的品种,是其质量监测一种直观有效的方法。     

药用植物虎掌与魔芋的红外光谱对比分析

本文采用傅里叶变换红外光谱法分别对虎掌和魔芋的根、茎、叶的红外光谱进行了对比研究。通过对红外光谱的比较, 发现它们的吸收峰大体相同, 说明具有相似的化学成分, 如氨基酸、苷类物质、糖类和酮类等。但是其吸收峰的位置和强度存在一定的差异, 表明两种物质的特征和药效可能存在不同。     

可见-近红外光谱用于鲜食葡萄感官偏好的检测

水果内部品质影响着消费者的感官偏好,直接决定消费者的购买倾向。为此,可见-近红外光谱技术检测巨峰葡萄内部品质以及感官偏好等级。试验比较了漫反射、透射两种光谱采集方式对葡萄内部品质的检测准确性,结果表明透射光谱更能表征巨峰葡萄的内部品质信息,偏最小二乘(PLS)模型对鲜食葡萄可溶性固形物、总酸度的预测均方根误差分别为0.598%brix,0.048 g·L-1。将鲜食葡萄的透射光谱主成分信息与消费者的感官偏好等级之间建立非线性分类模型,得到主成分法结合极限学习机(PCA-ELM)模型分类准确率最好,为78.7%。结果认为反映水果内部信息的光谱可用于消费者感官偏好的初步分类,但其间关系还有待进一步研究。     

Comparison and Analysis of IR Spectra of Four Dendrobium SpeciesEI北大核心CSCD

In this paper, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to compare the five dendrobium species' infrared absorption spectra of stem powder. The stem of Dendrobium is rich in saccharides. The saccharides of Dendrobium Officinale, Dendrobium Paxt and Dendrobium wardianum Warner are complex in composition. And the sugar units are mainly galactopyranose, grape pyranose, mannopyranose, arabinopyranose and xypyranose. The sugar components in the stem of Dendrobium strongylanthum Rchb. f. were simple. The sugar units were galactopyranose, grape pyranose and mannopyranose. Dendrobium wardianum Warner had the same chemical structure as Dendrobium strongylanthum Rchb. Dendrobium Officinale had the same chemical structure as Dendrobium devonianum Paxt. The species of Dendrobium could be identified by the characteristic absorption peak of the polysaccharide fingerprint absorption region.     

利用挥发物红外光谱鉴别牛肉变质状态

牛肉在运输过程中极易受到微生物的感染而变质,对牛肉变质的监测十分重要。我们利用长光程FTIR光谱检测牛肉变质时产生的挥发性物质。证明了牛肉在变质过程中产生的主要挥发性物质是氨气和二氧化碳。并定量分析牛肉变质产生的氨气和二氧化碳的变化规律,以判断牛肉的状态。采用主成分分析法(PCA)实现对挥发性物质的红外光谱分类,进而可以准确的区分新鲜和变质的牛肉。我们采用化学计量学方法软独立建模聚类分析法(SIMCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对特征波段内的光谱进行分类,两种方法具有很好的判断率。结果表明长光程FTIR结合化学计量学方法能够区分新鲜和变质的牛肉。     

近红外光谱检测技术及其在林业中的应用

近红外光谱是20 世纪80 年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术。文章介绍了近红外光谱技术的发展历程和在国外的应用概况,重点列举了近红外光谱在林业中的成功应用实例。资料表明, 近红外光谱以其快速、无损伤、操作简单、稳定性好、效率高等特点,在国外的水果品质检测、木材性质检测和林业育种中的应用已成为一个活跃的研究领域。而近红外光谱技术在我国林业上的研究和应用则刚刚起步,因此本文对国内外利用近红外光谱技术在林业上的应用作一综述,并对近红外检测技术在林业上的应用进行了展望,以推动近红外光谱技术在我国林业科技和生产中的应用。     

近红外光谱鉴别鲜枣品种及裂果研究

我国的鲜食枣品种多样, 不同的品种其肉质有差异, 其食用品质也有差别。此外, 鲜枣收获时有裂果,裂果导致其果肉外露,腐烂变酸,失去食用价值, 并且腐烂变质的水果,很容易传染给完整果,因此有必要将裂果和完整果进行分开贮藏,以减少损失。本研究采用近红外光谱快速鉴别鲜枣品种及裂果。以室温(20 ℃)贮藏的鲜枣为研究对象,应用近红外光谱,对2个不同品种的鲜枣进行光谱分析, 采用平滑法、多元散射校正、一阶微分和二阶微分方法对光谱进行预处理, 再用回归关系法和主成分分析法进行波数选择,建立3层人工神经网络鉴别模型, 结果表明, 鲜枣品种和裂果鉴别的正确率均可达100%, 可鉴别鲜枣品种和裂果, 以减少鲜枣贮藏的损失。说明近红外光谱可以实现鉴别冬枣和梨枣品种, 以及正确的识别完整果和裂果,为鲜枣的分类贮藏和加工提供理论依据。     

应用近红外光谱技术快速检测果醋糖度

为了对果醋糖度值进行快速准确检测,应用近红外光谱技术并结合最小二乘支持向量机分析方法建立了果醋糖度检测模型.应用近红外透射光谱获取五种类型共计300份果醋样本的光谱透射曲线,利用主成分分析方法对原始光谱数据进行降维处理,根据主成分的累计贡献率选取6个主成分.选取的主成分即作为光谱优化特征子集以替代原来复杂的光谱数据.随后将300份果醋样本数据随机分为定标集和预测集,利用最小二乘支持向量机在225个定标集样本数据基础上建立起果醋糖度预测模型,应用此模型对75个预测集样本进行糖度预测.根据预测均方根误差(RMSEP)和预测结果的相关系数(r)对预测模型进行评价,利用此模型得到的样本糖度预测值r=0.993 9,RMSEP=0.363,均达到了较好的预测效果.     

梨和苹果糖度在线检测通用数学模型研究

采用可见/近红外光谱技术在线检测水果糖度,每个水果品种要单独建模,模型升级维护耗时费力。探讨建立苹果、梨等薄皮水果可溶性固形物(SSC)在线检测通用数学模型的可行性。利用自行设计的可见/近红外漫透射光谱在线检测系统,在积分时间80 ms、单线速度5个/s的条件下,采集新梨7号、砀山酥梨、玉露香梨和富士苹果四种水果的可见/近红外漫透射光谱。分析了四种水果的可见/近红外漫透射光谱响应特性,采用变异系数法和连续投影算法,筛选通用数学模型建模用光谱变量,并建立了偏最小二乘和最小二乘支持向量机梨与苹果梨通用数学模型。采用新样品评价模型的预测能力,变异系数法筛选光谱波段建立的偏最小二乘通用数学模型预测精度最高,通用模型预测梨和苹果梨模型预测均方根误差分别为0.49%和0.55%,通用模型预测相关系数分别为0.88和0.93;独立模型预测新梨7号、玉露香梨、砀山酥梨和富士苹果的预测相关系数分别为0.93,0.91,0.88和0.95,预测均方根误差分别为0.40%,0.42%,0.41%和0.46%。通用数学模型的预测精度略低于每个品种的独立数学模型,但是通用模型的通用性高于单一模型。实验结果说明采用变异系数法结合偏最小二乘法建立薄皮水果在线检测通用数学模型,实现四种水果糖度在线检测是可行的。     

开放光程TDLAS系统对北京城区NH_3浓度的连续检测

氨气是大气酸性成分的主要中和剂,是影响区域空气质量、大气能见度以及酸性沉降的重要因素。研制了基于开放光程近红外可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术的大气NH3浓度连续监测系统,并对北京城区大气NH3浓度进行了两个星期的连续检测。检测结果表明,北京城区大气具有较高的NH3浓度,且具有明显的日变化周期特征,基本特点是白天浓度低,夜晚浓度高且变化相对平缓。相关性研究表明,非农业排放源,特别是城市交通的机动车尾气排放是北京城区大气NH3的主要来源。