基于荧光光谱—模拟退火法年份白酒中乙酸浓度预测研究

近年来年份白酒市场中行业规范有所缺失,因此年份白酒的研究具有深远意义和市场价值。白酒中单体物质的浓度会随着白酒的年份改变,检测白酒中单体浓度可用来鉴定白酒质量及其年份。基于国内某品牌年份原桨白酒的三维荧光光谱,对其中乙酸浓度进行了建模研究。对原始光谱进行了小波分解和求导预处理。研究发现小波分解第一层和第二层呈噪声特征,浓度信息主要分布在第三层和第四层信号中。不同激发波长的荧光发射光谱强度分布不同,如何选择合适的激发波长目前还没有一个统一的方法。根据小波分解信号引入有效信号强度概念并获得了合适的建模激发波长（200 nm）;导数光谱的细节特征比原始光谱丰富,光谱求导可以提高光谱的分辨率。研究了乙酸浓度与荧光光谱的相关性,原始荧光光谱与乙酸浓度之间相关性较小,小波分解光谱和导数光谱与浓度的相关性达0.8以上,且呈现出更多离散化的相关性特征峰。因此,小波分解光谱和导数光谱中包含更多乙酸浓度信息且分布比原始光谱更广。基于荧光光谱和模拟退火法研究了乙酸浓度偏最小二乘法（PLS）多元回归模型。研究发现原始光谱的乙酸浓度预测集的均方根误差高达70.03 mg·L-1,模型效果较差;小波分解光谱和导数光谱由于光谱之间多重相关性降低且分辨率提高的特点,模型预测效果更好,其中二阶导数光谱的乙酸浓度预测集的均方根误差和相关系数分别为20.32 mg·L-1和0.999 8,建模效果最好。基于1 000次循环执行模拟退火算法建模得到的光谱信息密度曲线显示出二阶导数光谱比原始光谱包含更多的乙酸浓度信息。以乙酸为例,为年份白酒中物质浓度预测提供了一种简易的光学方法,研究方法对研究多组分渐变体系浓度预测具有一定的参考价值。     

典型食品果汁中百菌清农药残留荧光检测建模研究

利用荧光分光光度计对典型食品果汁(苹果汁和桃汁)与百菌清混合体系进行了荧光光谱检测,发现在352 nm处有明显百菌清药物特征峰。对混合体系的荧光发射光谱和其导数光谱进行回归分析建模,得到果汁中百菌清浓度和荧光强度之间的预测模型函数。在两种光谱模式下所建指数预测模型函数相关系数都高于0.99,优于线性模型函数;针对两种果汁,原始光谱模式下所建指数模型函数平均回收率分别为101%和100%,线性模型平均回收率分别为110%和118%;导数光谱模式下,两种果汁中百菌清指数函数预测模型平均回收率分别为101%和102%,而线性模型平均回收率分别为109%和120%。研究结果表明可以通过荧光光谱法直接实现果汁中百菌清残留检测,且指数函数预测模型优于线性模型,同时表明在果汁-百菌清混合体系的农药残留定量预测中,导数荧光光谱方法并无显著优势,可直接选用荧光原始光谱建模分析。     

基于小波分解和因子分析的白酒香型和年份鉴定的研究

提出了一种基于小波分解和因子模型分析白酒荧光光谱,对白酒香型进行分类和年份预测的方法。白酒的三维荧光光谱包含了其所含荧光物质信息,对其进行小波分解,其分解系数与特征峰的强度相关。选取高斯小波对三维荧光光谱进行分解,可以避免对二维荧光光谱进行分解时需要选取特定激发波长的问题。对样品的三维荧光光谱进行小波分解后,选取第4层近似系数构建正交因子模型,通过因子载荷系数对白酒进行鉴别。结果指出,贡献率较小的因子蕴含着样品的独特信息,在相似样品的比较中,不容忽视。在对10个品牌的白酒进行香型分类时,先将样品的三维荧光光谱进行高斯小波分解,使用第4层近似系数进行因子分析,得到贡献率由大到小的多个因子。根据因子的载荷系数,对样品进行聚类分析。结果表明,加入贡献率较小的因子可以将正确率提高至90%。通过对因子载荷系数与年份的相关性分析得出,贡献率排在前六位的因子和白酒年份关系较大,而排在后面的因子和白酒年份的相关性较小,因此可以选取前六位的因子建立白酒年份预测模型。通过选取不同贡献率的因子对白酒年份进行预测,其平均误差可降低至0.9年。     

应用荧光相关光谱测定L-色氨酸的浓度

应用FLS920P型荧光光谱仪对L-色氨酸溶液进行三维荧光光谱检测,从中发现：L-色氨酸的特征荧光峰位于270/350 nm。设定发射波长为350 nm,测量激发谱。由测量结果发现在250~260 nm区间,谱线斜率较大、线性度好。因此选取250,255和260 nm三个激发波长,在每个激发波长下分别测量相应的荧光发射谱。基于三条不同的荧光发射谱,构建以激发波长为外扰变量的自相关光谱;而以浓度为外扰变量的自相关光谱,是以超纯水在不同激发波长的平均谱作为参考光谱,通过参考光谱与样本平均谱的相关计算得到。在此基础上,将相关光谱数据分别与偏最小二乘回归(PLSR)和径向基神经网络(RBFNN)相结合,建立溶液中L-色氨酸含量的预测模型,研究结果表明：采用浓度为外扰变量构造的荧光相关光谱信噪比较高,建模的预测效果要好;而在外扰变量相同时,基于径向基神经网络建立的预测模型比基于偏最小二乘回归建立的预测模型对溶液中L-色氨酸浓度的预测结果更为准确。其中,以浓度为外扰变量时的径向基神经网络预测模型准确度最高,该模型的预测相关系数为99.91%,预测均方根误差为0.033 μg·mL-1。研究结果表明,使用该方法能够对溶液中的物质含量进行准确测定,可为食品安全监管提供帮助。     

奥林达夏橙叶片锌含量可见近红外光谱监测模型研究

以奥林达夏橙叶片粉末干样为对象,利用化学分析与可见近红外光谱技术相结合的方法,通过样品原始光谱的二阶微分及消噪(Noise)处理,运用偏最小二乘法(PLS)与交叉验证方法建立的Zn含量数学模型,其中使用Zn含量特征光谱400～500nm和1201～1300nm的组合波段建模,具有较好的预测能力,校正建模和预测模型的相关系数分别为0.9975和0.9920,交互验证预测均方根误差为0.5868。因此,利用可见近红外光谱技术,运用PLS及交叉验证方法,建立叶片Zn含量与特征波段的光谱校正模型,能快速定量检测柑桔叶片Zn含量。     

应用导数荧光光谱和概率神经网络鉴别合成色素

实验测量了食品色素胭脂红、苋菜红、诱惑红和工业色素苏丹红Ⅳ溶液分别在波长为300,400,440和380 nm的光激发下产生的荧光光谱.对这4种红色素的各8个溶液样本选取60个发射波长值所对应的荧光强度作为网络特征参数,训练、建立概率神经网络.据此,对32个色素溶液样本进行种类识别.为解决原始荧光光谱重叠造成识别准确率不高的问题,应用导数荧光光谱,将二阶导数光谱数据作为网络特征参数,建立网络,进行识别,识别准确率达100%.由此,提出了应用二阶导数荧光光谱结合概率神经网络对合成色素方便、快捷、准确地进行种     

近红外光谱法快速测定毛竹Klason木质素的含量

研究了用近红外漫反射光谱法对毛竹Klason木质素含量的快速预测。选取了代表不同竹龄、不同高度和横向不同位置的54个竹材粉末样品,用常规实验室方法测定了54个样品的Klason木质素含量,用近红外光谱仪漫反射方式在350～2500 nm范围内采集相应样品的光谱,利用多变量统计分析软件建立样品木质素含量和光谱数据之间的相关性模型。结果表明,对原始光谱进行二阶导数预处理后,选择1 011～1675 nm和1930～2488 nm波长区间,用偏最小二乘法(PLS1)和完全交互验证方式建立了的校正模型和预测模型的相关系数分别为0.99,和0.97,校正标准误差SEC＝0.36％,预测标准误差SEP=0.59％,说明毛竹Klason木质素含量和近红外光谱之间存在非常好的相关性,用近红外光谱技术可以实现对竹材样品中Klason木质素含量的快速预测。     

最小相关系数的多元校正波长选择算法

在近红外光谱的定量分析中,由于仪器的精密程度越来越高,采集的光谱数据通常具有很高的维度.因此,波长选择对于剔除噪声及冗余变量,简化模型,提高模型的预测性能是必不可少的.近红外光谱特征波长选择方法众多,但变量间的多重共线性问题仍是导致模型效果较差的一个关键问题.变量间共线性可以通过相关系数进行分析,当相关系数高于0.8,...     

基于GA和SCMWPLS算法的NIR光谱信息变量提取研究

光谱数据压缩、信息变量提取是近红外应用研究的热点,是简化模型、提高预测精度的重要手段。本文以杏可见/近红外光谱为例,采用二阶导数、标准化和正交信号校正(OSC)处理以滤除光谱与浓度阵无关的信号;使用SCMWPLS选择出880,894～910和932 nm为建模区间建立PLS预测模型,其相关系数(R)、校正误差(SEC)和预测误差(SEP)分别为0.920,0.454和0.470;进行独立运行GA程序100次,依次选择入选频率较高的2个波长点888和900 nm作为回归变量,建立GA-MLR预测模型,其R, SEC, SEP分别为0.905,0.488和0.459,均优于全谱的偏最小二乘建模结果。结果显示,OSC可以滤除光谱与浓度阵无关的信号,减少建立模型所用的主因子数;SCMWPLS和GA可以寻找最优信息变量组合。该方法对于建立低维度、高精度近红外快速分析模型具有普遍参考意义。     

荧光相关光谱测定溶液中胭脂红的含量

使用FLS920P型荧光光谱仪测量了20个合成色素胭脂红溶液样本的荧光发射谱,实验表明：胭脂红的最佳激发波长为300 nm,在此波长激发光下,荧光峰值波长为440 nm。同时测量相同条件下超纯水的光谱数据作为参考光谱,进行与胭脂红溶液光谱数据的相关计算,构建以浓度为外扰的荧光相关光谱。采用sym8小波函数4尺度降噪,将降噪后的同步相关光谱数据、自相关光谱数据应用偏最小二乘回归(PLSR)算法进行预测,建立溶液中胭脂红含量的定量模型,结果表明：采用同步相关光谱建模的预测相关系数为99.863%,预测均方根误差为0.414 μg·mL-1;而采用自相关光谱建模的预测相关系数为99.940%,预测均方根误差为0.303 μg·mL-1。对比可知,自相关光谱数据有效地避免了信息冗余,预测结果更为可靠。该方法无需样本处理,操作简单,为食品安全检测提供了一种新的思路。     

香荆芥酚的荧光光谱和吸收光谱研究

研究了中药活性成分香荆芥酚(Carvacrol)的荧光光谱和吸收光谱,依据光谱数据测量了香荆芥酚的电离常数和荧光量子产率.在pH＜2.0时,香荆芥酚的荧光随溶液pH增大而增强;在pH2.0～8.0范围内,香荆芥酚有稳定的强荧光,最大激发波长为278 nm,最大发射波长为306 nm; pH＞8.0时荧光强度随pH的增大...     

一种新型希夫碱锌配合物的合成及光谱学性质

合成了一种希夫碱有机金属配合物2-羟基-1-萘甲醛缩邻苯二胺合锌(ZnL)。通过质谱、元素分析、红外光谱、热重分析对其结构进行了表征;利用紫外-可见光吸收光谱、激发和发射光谱研究了该配合物的光物理性能。结果表明:ZnL的热分解温度为433.2℃,具有很好的热稳定性;在DMF溶液体系中,配合物ZnL的紫外吸收带位于250~500 nm,荧光激发带位于343~493 nm,在紫外光的激发下发射峰在626 nm处,为橙红色光,最佳激发波长为470 nm,禁带宽度2.32 eV。     

传统陶瓷中结构羟基的光谱学研究

烧结粘土产品可以吸收水分子发生再羟基化,生成结构羟基的量与产品保存时间存在一定关系,基于该理论可以利用热重分析方法对陶器制品进行测年研究.红外与拉曼光谱技术也可以用来分析结构羟基信息,因此人们希望探索利用光谱分析方法代替热重法进行传统陶瓷无损测年分析.为了验证可行性,收集了多种典型矿物原料和可溯源的传统陶瓷样品,利用红...     

不同波长激发光对血清荧光光谱影响的实验研究

采用日本岛津荧光光度计RF5301,研究了血清的荧光光谱与激发光波长的关系。实验结果表明：在不同波长的紫外光激励下,血清产生的荧光光谱线型及峰值波长基本相同,与激励光波长无关,但荧光峰强度随激励光波长变化而变化。血清的荧光光谱有两个较强的荧光发射区,其中第一个发射区处于300～410 nm,第二个发射区处于410～530 nm。当激发光波长小于310 nm,荧光主要集中在第一发射区,荧光峰位于330和370 nm处,并产生竞争现象。当激发光波长大于250 nm时,只出现330 nm处的荧光峰,其最佳激励光波长为300 nm;当激发光波长大于320 nm,第一发射区的荧光变弱,在第二发射区的荧光变强,荧光峰位于452 nm。此研究为血液的光谱特性研究提供了实验依据,对光诱导荧光光谱诊断技术中激发光波长的选择具有一定的参考价值。     

西维因在甲醇-水二元混合溶剂中的三维荧光光谱特性研究

农药的广泛使用对环境产生了重要的影响,西维因作为一种重要的广谱高效杀虫剂在很多地表水中残留,了解和掌握西维因在环境中的光谱特性及检测方法具有重要意义。研究了西维因的激发-发射三维荧光光谱特性,通过改变甲醇-水二元混合溶剂中甲醇的体积比,探讨了不同体积比的甲醇-水混合溶剂对西维因三维荧光光谱的影响。研究结果表明,西维因的特征荧光光谱峰为单峰,西维因的激发波长和发射波长范围分别处于： 244~304和300~350 nm,最大激发/发射峰位置分别位于280和335 nm。随着甲醇-水二元混合溶剂中甲醇含量的增加,西维因的三维荧光光谱未出现明显位移,但是荧光光谱强度随甲醇含量的增加出现了非线性的变化,这主要与二元混合溶剂自身独特的性质有关。     

水果坚实度的近红外光谱检测分析试验研究

应用傅里叶漫反射近红外光谱技术探讨了水果坚实度无损检测的方法。利用偏最小二乘法建立了坚实度与漫反射光谱的无损检测数学模型,同时对不同光谱预处理方法和不同建模波段范围对模型的预测性能进行了对比分析。结果表明：利用傅里叶变换光谱仪采集的原始光谱的平滑预处理对结果并没有太大影响;原始光谱在800～2 500 nm范围的模型得到了最好的预测结果：校正集样本的相关系数r为0.869,校正均方根误差RMSEC为3.88 N;预测集样本的相关系数r为0.840,预测均方根误差RMSEP为4.26 N。 通过本研究得出：应用近红外漫反射光谱检测水果坚实度是可行的,为今后快速无损评价水果成熟度提供了理论依据。     

基于CCD器件的农药荧光检测系统的研究

根据一些有机农药受到紫外光激发能够发出荧光的光谱特性,设计了基于荧光分析的农药浓度检测装置。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,利用CCD线阵实现了光电信号的转换,设计了相应的弱信号处理电路,并由微机进行存储和显示。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱特性的检测。实验结果表明,在激发波长319nm、荧光波长647nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L,西维因浓度范围在0~120.0μg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9996(S/N=5)。该系统能满足荧光测量的需要。     

黄酒的荧光光谱研究

黄酒有5000多年的悠久历史,是中国特色的酒类,被称为“国酒”,绍兴黄酒在中国黄酒中具有代表性。实验发现,绍兴加饭系列黄酒在适当的紫外波长激励下产生荧光光谱,文章运用三维等高线和二维荧光分析方法给出了整体和细部的比较分析。得出三种陈年黄酒在波长400～680 nm范围内存在较宽荧光峰的荧光光谱。3年陈、5年陈、8年陈酒的荧光峰分别在504, 488, 505 nm,最佳激发波长都在370 nm附近。初步阐述了其产生荧光的机理,解释了三种年份黄酒荧光图谱的相似与区别,并分析了产生较宽荧光峰的原因, 为黄酒的特征标识、品牌鉴定、年代鉴别、黄酒食用安全等研究提供了有科学意义的参考。