农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中,不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在,严重影响产品品质及食用安全,快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异,蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698,0.624和0.616,A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665,0.638和0.552;玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813,0.696,0.691,A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552,0.478和0.465,A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574,0.467和0.469;葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843,0.821和0.704,A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707,0.680和0.489;以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示,正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰,2组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现5个强自动峰,4组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰,5组强正交叉峰;蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强,而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰,12组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现11个强自动峰,3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,3组强正交叉峰;蒜正常叶出现9个强自动峰,8组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰,10组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,1组强正交叉峰;玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰,5组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现8个强自动峰,3组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现3个强自动峰,无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明,利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶,有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

蚕豆病害叶的FTIR研究

用傅里叶变换红外光谱技术结合统计分析对蚕豆锈病、茎基腐病、轮纹病、黄化卷叶病和正常叶片进行鉴别研究。结果显示病害叶片和正常叶片的红外图谱相似,仅有几个吸收强度比存在差异;对光谱进行二阶导数分析发现,病害叶片和正常叶片的二阶导数光谱在1 200～700cm-1范围差异明显,对该区域内的光谱数据进行相关分析、主成分分析和聚类分析,结果显示,正常叶片之间、同种病害样品之间相关系数都在0.928以上,而病害叶片和正常叶片以及不同病害样品之间的相关系数降低;45个样品聚类分析和主成分分析正确率分别为73.3%和82.2%。傅里叶变换红外光谱技术具有快速、无损、准确等优点,有望为蚕豆病虫害诊断提供新的方法与途径。     

基于红外与近红外光谱的烟叶部位识别

以烟叶样品的红外及近红外光谱为基础,采用基于主成分分析的马氏距离判别模型,研究了不同类型仪器、建模区间、模型参数及光谱预处理方式对烟叶部位识别准确率的影响。结果表明根据红外和近红外光谱均可对烟叶部位进行良好识别,近红外光谱因包含的样品信息更为丰富,可以得到比红外光谱更好的识别效果。其中仪器A的二阶导数光谱给出的烟叶部位识别准确率最高,可达94.11%;仪器B的一阶导数及SNV光谱给出的烟叶部位识别准确率次之,为88.24%;Nicolet公司的Antaris360傅里叶红外仪的一阶导数光谱给出的烟叶部位识别准确率为82.35%。对于同一仪器,最佳建模区间及主成分个数随样本情况及光谱预处理方式而变。     

傅里叶变换红外光谱结合SIMCA对宣威火腿鉴别研究

运用傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法对3种不同年限30个宣威火腿样品进行鉴别研究。结果显示,3种不同年限宣威火腿的傅里叶变换红外原始光谱差异不明显。选取1 800~800cm~(-1)范围光谱数据进行二阶导数处理,运用SIMCA模式识别法对3种不同年限宣威火腿样品的二阶导数光谱数据进行主成分分析(PCA)和系统聚类分析(HCA))。结果表明:利用傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法能够很好的对不同年限宣威火腿进行区分,其中PCA分析3种不同年限宣威火腿样品的组间和组内差异明显,系统聚类分析的正确识别率达到93%。表明傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法是一种有力的火腿鉴别工具。     

磁石的傅里叶变换红外光谱指纹图谱研究

对不同产地和批次的13个生磁石样品的红外光谱法进行分析,建立磁石的红外光谱指纹图谱,并将炮制品和生品进行分析比较.发现所有生磁石样品指纹图谱的相似度均大于0.97;磁石炮制后相似度和相关系数均降低.傅里叶变换红外光谱指纹图谱可用于商品磁石的分析与品质评价.     

中药金礞石红外指纹图谱相似度分析

分析金礞石红外指纹图谱的相似度,建立金礞石药材质量的红外指纹图谱评价方法.用傅里叶变换红外光谱仪测定金礞石药材样品的红外光谱,以共有模式建立金礞石的对照红外指纹图谱,采用相关系数法和夹角余弦法计算药材样品红外指纹图谱与对照指纹图谱的相似度.19件样品中,符合《中国药典》规定者红外指纹图谱与对照指纹图谱的相似度(相关系数...     

不同产地黑木耳的傅里叶变换红外光谱鉴别

利用傅里叶变换红外光谱法研究了五种不同产地的黑木耳。结果显示,它们的红外光谱主要由蛋白质、脂类化合物及多糖的振动吸收谱带组成。五个样品的傅里叶变红外光谱整体上十分相似,因此分别选取1750~1500cm-1和1200~1000cm-1范围内的傅里叶变换红外光谱进行相关性分析。结果显示,不同产地的黑木耳在1750~1500cm-1范围内相关性较好,光谱的相关系数分布在0.895~0.994。五个样品在1200~1000cm-1范围内的相关系数分布在0.441~0.981,东北地区产的黑木耳与西南地区产的黑木耳的光谱图有明显区别。利用1200~1000cm-1范围内的差异并结合其它吸收峰的特征可鉴别出不同产地的黑木耳。研究结果表明傅里叶变换红外光谱在鉴别菌类方面具有方便、快速等优点。     

基于FTIR的苔藓植物表征关系除趋势对应分析

苔藓植物是一类重要高等植物。但是,苔藓植物体型小,可供鉴别性状少。应用OMNI采样器-傅里叶变换红外光谱直接测定法鉴别植物样品具有简便、快速和准确的优点。应用傅里叶变换红外光谱直接测定法测定了苔藓植物26种30个样品的红外光谱,以波数-吸光度为指标来表征吸收峰,以红外光谱图为对象,应用除趋势对应分析(Detrended Correspondence Analysis, DCA)比较了30个样品在红外光谱图上的差异程度。结果发现,基于傅里叶变换红外光谱的除趋势对应分析反映出苔藓植物红外光谱的差异与它们分类关系有较好的对应性。因此,应用傅里叶变换红外光谱直接测定法能够鉴别药用苔藓植物。     

稻瘟病、玉米锈病和蚕豆锈病叶的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了水稻、玉米、蚕豆正常叶和稻瘟病叶、玉米和蚕豆锈病叶。结果显示,其红外光谱均主要由多糖、蛋白质的振动吸收谱带组成。光谱整体相似,差异主要表现为光谱峰位、峰形及吸收强度比。三种作物正常叶的二阶导数光谱在1 750～1 500 cm-1范围内的相关系数差异明显。水稻正常叶与稻瘟病叶的吸收强度比A_{1 056}/A_{1 652};蚕豆正常叶与锈病叶的吸收强度比A_{1 652}/A_{2 920};玉米正常叶和锈病叶(非病斑部位)吸收强度比A_{1 056}/A_{2 920},玉米正常叶和玉米锈病叶(病斑处)吸收强度比A_{1 652}/A_{2 920},均呈现出病变叶吸收强度比正常叶要小的趋势。表明他们之间的多糖和蛋白质的含量存在差异。     

新书快讯:《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)简介

由北京大学翁诗甫教授级高工编著的《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)一书已于2010年5月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变换红外光谱仪附件原理和使用技术、红外光谱样品制备和测试技术、红外光谱数据处理技术、红外光谱的定量分析和未知物的剖析、基团的振动频率分析以及红外光谱仪的保养和维护技术。     

基于傅里叶变换红外光谱的黄瓜褐斑病早期检测

利用傅里叶变换红外光谱技术对黄瓜叶片进行褐斑病菌还未在叶片表面形成症状时病害的早期检测,确定了1 735,1 545和1 240 cm-1三个识别黄瓜褐斑病的敏感谱带,结合敏感谱带的峰面积值和系统聚类分析,可以把正常黄瓜叶片和褐斑病叶片区分开来.结果表明傅里叶变换红外光谱在鉴别病害黄瓜叶片方面具有方便、快速等优点,可以在病症还未表现时进行检测,为病害的早期诊断提供了新的途径.     

油菜根肿病的傅里叶变换红外光谱研究

用傅里叶变换红外光谱仪测试了成株期油菜正常植株和根肿病植株的花瓣、叶片、主根、须根四个部位的光谱。光谱显示:两种植株花瓣和叶片中的主要成分是蛋白质、多糖类和油脂类物质;正常植株主根中的主要成分是纤维素和木质素;根肿病植株主根中的主要成分是纤维素、木质素和蛋白质类物质;两种植株须根中的主要成分是木质素和纤维素。对正常和病变植株相同部位的光谱在3600～2800cm-1、1800～1200cm-1和1200～700cm-1三个范围进行了相关分析,花瓣间、叶片间的相关系数在0.971以上,相关度较高;然而主根间、须根间的相关度较低,主根在1800～1200cm-1光谱范围的相关系数只有0.688,须根在1200～700cm-1光谱范围的相关系数只有0.618。结果表明,FTIR可以区分根肿病对油菜不同部位的影响,有望为油菜根肿病的研究提供光谱信息。     

Possibility of Light-Induced Mid-IR Emission in <Emphasis Type="Italic">Situ</Emphasis> Analysis of Plants

We perform the spectral analysis of fresh leaves using light-induced mid-IR emission spectroscopy (LIMIRES), a technique utilizing CW optical pumping for preparing and monitoring vibrationally excited states of chromophores. We show how to obtain high-quality IR-emission spectra of intact leaves using visible light of low intensity and sensitive Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Changing the conditions of illumination, we carry out the spectral discrimination between leaf samples of wild plants and transgenic tobacco plants. Our results show that LIMIRES is a valuable new technique for studying the vibrational structure of excited pigments as well as the nondestructive monitoring of the quality of tobacco leaves.     

初烤完整烟叶总植物碱的近红外光谱测量方法研究

为了探讨近红外光谱分析技术检测完整烟叶化学成分的可行性,利用近红外光谱分析技术,对初烤完整烟叶的光谱采集方式及总植物碱定量分析建模方法进行了研究。以云南省昆明市不同乡镇、不同品种的初烤烟叶为研究对象,分别采用烟叶的叶尖、叶中、叶基光谱及其平均光谱建立初烤完整烟叶总植物碱近红外偏最小二乘法(PLS)定量分析模型以选择出代表完整烟叶信息的建模光谱;分别用KS和SPXY方法对样品的校正集进行选择,采用向后区间偏最小二乘法(BiPLS)、无信息变量消除法(UVE)、竞争适应性重加权采样法(CARS)等选择特征变量,对模型进一步优化。研究结果表明,采用叶尖、叶中、叶基3个部位的平均光谱建立的模型相比单独每个部位光谱所建立模型的预测精度提高了8.5%~9.5%,与全光谱建模相比,用KS-BiPLS建立模型能明显改善模型的预测能力,模型的预测精度约提高了10%,模型的校正集决定系数和均方根误差分别为0.917 4和0.226 1,检验集决定系数和预测均方根误差分别为0.902 0和0.200 7。本研究方法适用于完整的初烤烟叶,无需对样品进行预处理,对于大量的初烤烟叶,能够快速、无损测定烟叶总植物碱含量,可以节省大量的时间。同时,该研究为初烤烟叶分级、提高原料的品质提供技术支持,也将为卷烟生产的过程控制提供科学依据。     

估测田间烟叶色素含量的光谱模型研究

田间烟叶色素含量的光谱无损快速测量,对烟草营养生长期的营养诊断与长势监测、成熟期的烟叶品质评判具有重要的生产指导意义。该研究的目的是利用烟叶田间光谱估测烟叶的叶绿素和类胡萝卜素含量。研究采集了营养生长期和成熟期烟叶田间反射光谱,测量了样品烟叶的色素含量,利用支持向量机(SVM)和光谱指数法,对营养生长期和成熟期烟叶样品用分期建模和混合建模两种方法建立色素含量估测模型,并对模型的预测性能进行比较。研究结果表明,分期建模和混合建模对于烟叶色素含量的估测效果差异不显著。对于叶绿素含量,SVM和光谱指数法均有较好的估测效果;对于类胡萝卜素含量,SVM方法比光谱指数法具有更高的估测精度。采用SVM方法对烟叶样品的叶绿素含量分期建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.862 9和0.015 5,对叶绿素含量混合建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.898 5和0.012 3;采用SVM方法对烟叶样品类胡萝卜素含量分期建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.873 0和0.002 4,对类胡萝卜素含量混合建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.852 7和0.002 4。该研究的创新点是通过支持向量机和光谱指数法采用分期建模以及混合建模的方式建立了烟叶样品色素含量的估测模型,为烟草田间生产的质量控制、烟叶的采收品质保证提供科学依据和技术支持。     

叶片衰老影响木兰科植物聚类的FTIR研究

傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合聚类分析技术应用于木兰科植物不同亚族分类,研究了叶片衰老对聚类分析效果的影响。测试了木兰科三个亚族14种植物的幼叶、成叶、老黄叶红外光谱,结果显示三个亚族植物叶片红外光谱差异不大;同种植物叶片不同生长期的红外光谱吸收峰位置基本一致,但一些特征峰的峰强有变化;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱结合聚类分析,发现成叶二阶导数光谱聚类分析能够正确对样品分类,幼叶和老黄叶二阶导数谱聚类分析效果不如成叶,说明叶片衰老过程化学成分变化影响聚类分析效果,聚类分析时取成叶样品为好。     

应用近红外光谱分析不同年度工业分级烟叶的特性

以红塔集团2007年—2010年在云南省玉溪烤烟产区内采集的主要工业分级烟叶样品为试验对象,其品种为红大,包括不同部位及色组的主要工业分级,共计近红外光谱5 730条;应用光谱特征投影及相关分析方法对不同年度的主要分级烟叶近红外光谱的分析结果表明：相同年度下,将各类型工业分级样品随机按2∶1划分为分析集与验证集后,其分析集与验证集特征投影均值的相关系数达0.98以上,具有较好的一致性;不同年度间,其工业分级样品光谱特征投影均值的相关系数在0.97以上,其中年度一致性最高的是2008年和2009年,较低的是2007年和2010年。同时,应用一种相似度计算方法得到了各工业分级样品光谱之间的相似度值,该相似度值以及不同年度之间的一致性系数,可为烟叶的模块配方组合或替代等提供量化的参考数据。     

FTIR结合统计分析对竹类植物的鉴别分类研究

傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和系统聚类分析用于竹类植物鉴别分类研究。六种竹亚科植物54个竹子叶片的红外光谱测试结果显示竹叶光谱主要由蛋白质、碳水化合物、脂类等吸收带组成,竹叶光谱相似,仅在1 800～700 cm-1范围峰数、峰位、峰强上存在较小的差异。六种竹子叶片红外光谱的二阶导数谱在1 800～700 cm-1范围显示明显差异。用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行主成分分析,在主成分PC1,PC2,PC3三维空间图中,所测试竹叶样本分类正确率达98%;在PC3-PC4二维投影图显示所有竹叶样本正确分成六个区域;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行聚类分析,所测竹叶样本正确聚为六类。表明FTIR结合统计分析能够在种水平对竹亚科植物鉴别分类。