近红外光谱分辨率对液体样品近红外定量模型影响的研究

以四种组分的液体混合样品为实验对象,研究了不同分辨率下(1,4,16,32和64 cm-1)的近红外光谱模型,采用偏最小二乘法建立校正模型,全交互验证法进行检验。用目标函数值来评价定量模型性能。对于原光谱所建立的模型,苯和苯甲醛在分辨率1 cm-1时的目标函数值最大,甲苯在4 cm-1时的目标函数值最大,而氯苯在16 cm-1时的目标函数值最大;对于一阶导数光谱所建立的模型,四种组分的目标函数值均在1 cm-1时最大。结果表明,首先,仪器分辨率对近红外光谱定量分析结果有影响,对于光谱重叠严重的组分,提高分辨率对定量分析有利;但在分析对象的真实带宽较大的定量分析中,可采用较低分辨率以保证信噪比。其次,仪器分辨率对不同的组分的影响是不同的。此外,原光谱的信噪比及样品中不同组分光谱的带宽共同影响定量结果,在保证光谱信噪比的前提下,高分辨率对定量模型有利。     

分辨率对近红外光谱和定量分析的影响研究

近红外光谱分析技术是近年来发展最快的定性和定量分析技术之一,在较多领域得到了广泛应用。文章利用近红外光谱技术建立了杨梅汁酸度的定量分析模型,研究了不同分辨率对杨梅汁光谱和定量模型的影响。结果显示,分辨率对杨梅汁近红外光谱和其酸度的定量分析结果有较大的影响。高分辨率采集的光谱比低分辨率采集的光谱粗糙,扫描的速度较慢,所需的数据存储空间较大;不同分辨率下光谱的均方根噪声和平均吸光度在α＝0.05水平上差异显著;分辨率为4 cm-1时所建立的杨梅汁酸度模型的精度最高,模型的相关系数达到了0.994 04,校正均方根误差(RMSEC)和交互验证均方根误差(RMSECV)分别为0.023 3和0.153。但是考虑到扫描速度和数据存储空间,在不丢失样品信息的前提下采集光谱时建议将分辨率设为8 cm-1。     

近红外光谱分辨率对绿茶氮含量模型的影响

以绿茶为研究对象,氮含量为定量分析指标,研究了不同分辨率(2,4,6,8,16 cm-1)对近红外光谱图及氮含量模型的影响。结果表明：仪器的分辨率影响光谱图的质量,分辨率越高,得到的信息越丰富,但同时噪音增大;分辨率越低,光谱图更加平滑,信息量减少,当分辨率太低时光谱失真严重。分辨率为4 cm-1时,模型外部验证集RMSEP值为0.054 6,明显低于其他模型,相关系数为0.998 2,预测性能最好;模型预测精度也较好,STDEV和RSD分别为0.020和0.334。分辨率4 cm-1为最优分辨率。试验可以为近红外光谱仪采集绿茶光谱图提供参数选择依据,提高模型的稳定性与预测性能,促进近红外光谱检测技术在茶叶上的应用与推广。     

不同分辨率近红外光谱对汽车差速器油品牌鉴别的研究

研究了不同分辨近红外光谱对汽车差速器油品牌鉴别的效果与影响。分别采集了五种不同品牌汽车差速器油在4, 8, 16和32 cm-1分辨率下的透射光谱。去除采集波段范围两端噪声明显部分后采用10 522.28～4 443.425 cm-1范围光谱进行分析。不同分辨率光谱的主成分分析(principal component analysis, PCA)结果表明不同品牌差速器油可以被鉴别。同时基于不同分辨率光谱全谱所建立的偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA)以及支持向量机(support vector machine, SVM)模型所获得的判别正确率相近且均高于90%。其中以8 cm-1分辨率下PLS-DA与SVM模型的判别正确率最高。上述研究结果表明分辨率对判别分析结果的影响较小。进一步对不同分辨率下的近红外光谱采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)选择特征波数,发现不同分辨率下得到的特征波数均不相同,表明分辨率影响特征波数的选择。以不同分辨率特征波数建立的PLS-DA以及SVM模型取得了较好的判别分析效果,与以不同分辨率下全谱建立的判别分析模型效果相当。研究结果表明,分辨率对差速器油品牌鉴别影响较小,而对特征波数的选择影响较大,在实际应用中应考虑到分辨率对特征波数选择的影响。总体而言,不同分辨率的近红外光谱全谱与对应的特征波数都能有效的实现对汽车差速器油品牌的鉴别。     

基于二值化图像结合像元统计法的扑尔敏片剂近红外成像检测参数优化研究

研究药物领域中近红外成像检测参数对高光谱数据质量的影响,建立检测参数优化方法。以扑尔敏片剂为研究对象,采用近红外化学成像技术,考察光谱分辨率、空间分辨率、扫描次数和扫描高度等因素,采用L9 (34) 正交表设计,优化近红外成像检测参数;采用二值化图像法和像元统计法对高光谱数据进行定量分析,测定扑尔敏片剂表面马来酸氯苯那敏含量。以高效液相色谱法作为参考方法,精密测定片剂中马来酸氯苯那敏含量。两种方法测定的含量差值绝对值为考察指标,优化最佳检测条件。结果表明, 扑尔敏片剂的高光谱数据最佳检测条件：空间分辨率25 μm×25 μm,扫描高度-5340(Z值,精确聚焦),光谱分辨率16 cm-1,扫描次数16次。该研究首次优化近红外成像扫描高度参数对高光谱数据质量的影响,优化近红外成像扫描高度等检测参数可用于指导扑尔敏片及其他药物近红外成像数据采集和方法建立。     

近红外光谱在转基因玉米检测识别中的应用

随着转基因食品的推广应用,人们越来越关心其食用安全性。以转基因玉米及其亲本为实验材料,借助于近红外光谱仪对转基因玉米及其亲本进行了识别分析：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;以三层误差反向传播算法(简称BP算法)进行数据处理。结果显示通过扫描光谱及数学和计算机软件分析,非常准确、方便地识别了转基因农产品。所以通过近红外光谱所建立的转基因BP-网络识别模型完全可用于实际应用。近红外分析还具有无污染、成本低等优点,是一种极具前景的转基因食品安全检测识别技术。     

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。     

粉末样品颗粒大小对花椒挥发油近红外光谱定量预测的影响研究

为了快速有效评定花椒质量等级,应用近红外光谱分析技术,采用偏最小二乘法,对141份花椒样品粉碎成八种不同颗粒大小的粉末,对近红外光谱分别建立挥发油含量预测模型,当粉末样品颗粒大小为40目时,建立的模型最优,交叉验证测定系数r2141为0.9364,交叉验证误差均方根RMSECV141为0.421。使用105份40目粉末样品近红外光谱所建立的模型对36份样品的预测集进行预测,光谱预处理采用Meancentering vector normalization,谱区在6100.1~5774.2cm-1及4601.6~4424.2cm-1,则预测测定系数r326为0.9862,预测集验证误差均方根RMSEP36为0.192,预测相对标准差RSD36为4.95%,预测相对分析误差RPD36为8.517。研究结果表明,对花椒进行近红外光谱扫描前,粉碎到40目时所建立的近红外光谱模型最佳,使用近红外光谱技术快速有效检测花椒挥发油含量是可行的。     

基于仿生模式识别和近红外光谱的转基因小麦快速鉴别方法

提出了一种采用近红外光谱快速鉴别转基因小麦种子的方法,对不同品种的9个转基因小麦样品种子分别建立了鉴别模型。对9个小麦样品共225个样本,通过近红外光谱仪扫描获得从4 000～12 000 cm-1波段范围的光谱数据。为了消除噪声,对原始数据先进行了归一化预处理;然后使用主成分分析(PCA)方法得到能反映小麦种子97.28%光谱信息的前10个主成分,提高了数据处理效率;最后利用仿生模式识别(biomimetic pattern recognition, BPR)方法建立小麦品种的鉴别模型。对于每个样品中的25个样本,随机挑选15个样本作为训练样本,其余10个样本作为第一测试集,其他品种共200个样本作为第二测试集。在对第二测试集平均正确拒识率达到96.7%的情况下,对第一测试集中的样本取得了95.6%的平均正确识别率。实验结果表明,该方法具有较高的鉴别准确度,可以作为一种快速无损的转基因小麦种子鉴别方法。     

激光加热效应在硅显微Raman光谱测量中的影响

本文从理论和实验两方面研究了显微Raman光谱测量中,激光功率对单晶硅样品测量的影响。由于显微Raman光谱仪对激光的聚焦作用,使得激光对不同厚度的样品具有微区加热作用,被测样品产生不同程度的温升,从而对显微Raman光谱仪在硅材料应力和温度的测量中产生影响。实验结果证明,对无限厚硅样品,20mW的激光使Raman频移达到0.15cm-1;而对2μm厚的热薄硅样品,26mW的激光使Raman频移达到4.47cm-1。     

扫描次数对番茄叶漫反射光谱和模型精度的影响研究

近红外光谱分析技术因其诸多优点成为近年来发展最快的定量和定性分析技术之一,它是依据有机分子中的含氢基团(C—H, O—H, N—H)振动的合频与各级倍频的吸收获得信息。但是,近红外光谱易受到光谱仪的工作状态和扫描时各种参数的设置,如波长的准确性、仪器的分辨率、噪声、扫描次数、样品粒度的均匀性等的影响。为了给建立实际模型时选择最佳的测量条件提供依据,文章以番茄叶为研究对象,分析了扫描次数对番茄叶漫反射光谱和叶绿素定量模型精度的影响。结果发现扫描次数对番茄叶漫反射光谱和模型精度有较大的影响。随着扫描次数的增加,近红外光谱的均方根噪声的方差值逐渐变小。扫描次数越多,光谱的质量较高,但是仪器产生的系统误差也会增大;扫描次数越少, 光谱的质量较差,但是光谱较为光滑,系统的误差较小。在128次扫描次数下,叶绿素定量模型的决定系数较高,但是模型不稳定。当扫描次数为32时,模型的决定系数较低,但该模型比较稳定,检测时间也较短。同时,不同扫描次数下所建模型都用于预测叶绿素含量,发现没有显著差异(α＝0.05)。在采集光谱建立模型时,应考虑综合因素选择合适的扫描次数。     

小麦PLS近红外定量分析中温度修正的研究

以45个小麦籽粒为实验样品,研究样品温度对小麦PLS近红外定量分析的影响, 并提出引入温度修正量对样品光谱进行修正的方法。采用PLS算法将光谱受温度影响部分剔除后,得到不受温度影响的光谱,再进行模型建立与样品分析。实验结果表明：引入温度修正可以有效的消除温度对模型预测结果的影响,从而提高模型的稳定性及应用范围。     

近红外拓扑方法在南疆红枣品质分析中的应用

从南疆红枣的物理和光谱特征两方面,通过反复调整和逐步细分相结合的方法,给出红枣品质细分和特征因子分析框图。实际应用中可依据不同需要设置最佳光谱参数来提高光谱重复性和质量。实验分离出南疆红枣常见的裂口褐变、色泽和成分等光谱特征因子,如褐变特征因子明显尖峰特征谱线位置10 170cm-1。通过光谱图的特征分析,初步建立了红枣近红外光谱和部分品质之间的对应关系,为下一步红枣品质编码奠定了基础。该方法可节省大量重复建模费用,在建立红枣近红外品质分析标准和模型库共享方面有较好的应用前景。     

近红外漫反射光谱信息分解的数量分析

近红外漫反射光谱分析中,一直认为近红外光可获取样品内部的物质信息,但近红外漫反射光谱包含样品内部信息量究竟是多少,一直未给出准确的数量描述。该研究以烤烟样品为实验材料设计样品,每个实验样品分别由表层片状烤烟与内部烤烟粉末两部分组合而成,测定样品近红外漫反射光谱,提取光谱主成分信息(principal component, PC),将所提取的各主成分的不同组合作为统计指标,对样品进行聚类分析,结合各主成分方差贡献率,初步给出了样品不同深度光谱信息分解量的描述。实验结果表明,近红外漫反射光谱第1和第2主成分包含的信息量约占总信息的98%,反映样品表层信息;第3和第4主成分约占1.5%,表征样品内部信息。这一结果将有助于我们对近红外光谱定性定量分析时主成分信息的选择有一个更深刻的理解。     

温度对叶片近红外光谱的影响

近红外光谱分析技术是发展最快的定性和定量分析技术之一,在各个领域得到了广泛应用。但近红外谱区自身信息的特点决定了其吸收强度弱、信噪比低、谱峰严重重叠等缺点,这使得近红外光谱易受样品来源、样品种类、样品状态、装样条件和样品温度等的影响,造成光谱的不确定性。文章以温度对叶片近红外光谱的影响为研究内容,详细考察了不同温度下样品的叶绿素的校正和预测模型。结果发现温度对模型精度有一定的影响,样品的温度在10和20℃下模型的精度较高,10℃下模型精度效果最好,但是所用的主成分也较多。当实验温度达到25℃时,模型的校正和预测精度都相对较差。利用判别分析对各个温度下的光谱进行分类。发现20℃下采集的光谱没有分到其他温度区外,其他的都有不同程度的跨区,这说明除20℃外,其他温度下测得的光谱差异不明显。试验对叶片近红外检测的条件和应用做了初步的探索性工作,为今后提出温度修正模型提供理论基础。     

近红外光谱技术定量测定杨梅汁可溶性固形物

采用近红外光谱分析技术对浙江省不同产地的杨梅汁进行了光谱测定和定量分析,通过计算样品的杠杆值、学生残差和马氏距离来判别异常样品,采用偏最小二乘法(PLS)对杨梅汁的可溶性固形物进行建模分析,选取不同的分辨率和波段范围对光谱进行有效的信息提取和分析,确定了最佳的回归因子数和用于定量分析的最优波段范围。结果显示： 杨梅汁样品中有一个为异常样品,在建模时予以剔除;用于杨梅汁可溶性固形物检测的最佳分辨率和最优波段分别是4 cm-1和4 000～12 267.46 cm-1,最佳的回归因子数是8,该PLS模型的相关系数为0.957 85,校正均方根误差(RMSEC)、预测均方根误差(RMSEP)和交互验证标准偏差(RMSECV)分别是0.431,0.925和1.07°Brix。研究表明近红外光谱检测技术能用于杨梅汁可溶性固形物的定量分析。     

Height-dependence of spatio-temporal spectra of wall-bounded turbulence – LES results and model predictions

Wavenumber–frequency spectra of the streamwise velocity component obtained from large-eddy simulations (LES) are presented. Following recent work we show that the main features, a Doppler shift and a Doppler broadening of frequencies, are captured by an advection model based on the Tennekes–Kraichnan random-sweeping hypothesis with additional mean flow. In this paper, we focus on the height-dependence of the spectra within the logarithmic layer of the flow. We furthermore benchmark an analytical model spectrum that takes the predictions of the random-sweeping model as a starting point and find good agreement with the LES data. We also quantify the influence of the LES grid resolution on the wavenumber–frequency spectra.     

近红外分析的样品前处理新技术研究

样品的水分含量、粒度等因素对近红外的检测结果会产生较大影响。在近红外实验室分析中,为获得较好的分析准确度,一般需采用干燥和粉碎等处理。文章以云南优质烤烟为实验材料,在近红外分析样品的前处理中创新性地采用微波快速干燥技术以及普通家用食物粉碎机快速粉碎的方法,使整个样品前处理时间可控制在5 min以内,同传统烘箱干燥、粉碎过筛等方法相比其处理速度可提高几十倍。实验结果表明：当样品的水分含量差异较大时,通过微波快速干燥方法能有效提高和保证模型分析的准确度;烤烟样品经过普通家用食物粉碎机快速粉碎25 s后可消除粒度差异对近红外检测结果的影响。研究结果可为近红外分析工作者提供一种快速有效的干燥和粉碎技术,从而简化样品的前处理。     

基于近红外自相关谱检测奶粉中的三聚氰胺

发展了一种基于近红外自相关谱定性定量分析掺三聚氰胺奶粉的检测方法。分别配置40个纯奶粉样品和40个不同质量百分比浓度的掺三聚氰胺奶粉(10-4%～40%, w/w)样品,采集了所有样品的一维近红外漫反射光谱,以奶粉中掺入的三聚氰胺浓度为外扰进行相关计算,选择随浓度变化敏感的7 000～4 200 cm-1为建模区间。在提取自相关谱信息的基础上,建立了定性定量分析掺三聚氰胺奶粉的偏最小二乘模型,并与常规一维近红外谱模型的预测结果进行了比较。所建立的方法对未知样品的识别正确率为100%,预测均方根误差(RMSEP)为0.63%;而一维近红外谱的识别正确率为96.2%,RMSEP为0.84%。研究结果表明：相对于常规一维近红外谱,所建立的方法能提供更好的预测结果,其原因可能是自相关谱能提取更多的特征信息。