基于近红外光谱技术的小麦条锈病菌潜伏侵染的检测

为实现对受到小麦条锈病菌侵染而尚未表现明显症状的小麦叶片进行早期检测,利用近红外光谱技术结合定性偏最小二乘法建立了小麦条锈病潜育期叶片定性识别模型。获取健康叶片30片、条锈病潜育期叶片330片(每天取30片,共11天)和发病叶片30片,扫描获得其近红外光谱曲线。采用内部交叉验证法建模,研究了不同谱区、建模比(建模集∶检验集)、光谱预处理方法和主成分数对建模识别效果的影响。在5 400~6 600和7 600~8 900cm-1组合谱区内,建模比为4∶1、预处理方法为"散射校正"和主成分数为14时,所建模型识别效果较理想,建模集的识别准确率、错误率和混淆率分别为95.51%,1.28%和3.21%;检验集的识别准确率、错误率和混淆率分别为100.00%,0.00%和0.00%。结果表明,利用近红外光谱技术可在接种1天后(即提前11天)识别出健康小麦叶片和受到条锈病菌侵染的小麦叶片,并且可以识别不同潜育期天数的叶片。因此,利用近红外光谱技术对条锈病菌潜伏侵染检测是可行的,为该病早期诊断提供了一种新途径。     

近红外光谱技术在小麦条锈病菌和叶锈病菌定性识别和定量测定中的应用

利用近红外光谱技术结合定性偏最小二乘法(DPLS)和定量偏最小二乘法(QPLS)分别实现了小麦条锈病菌和叶锈病菌的定性识别和定量测定。获取两种锈菌单一夏孢子样品各50个以及条锈病菌纯度为2.5%~100%的混合样品120个。采集样品光谱后,将两类样品均按2∶1的比例分为建模集和检验集,在4 000~10 000cm-1内采用内部交叉验证法建模。散射校正预处理方法下、主成分数为3时,定性识别模型的建模集和检验集识别准确率均为100.00%。"极差归一+散射校正"预处理方法下、主成分数为6时,定量测定模型建模集的决定系数(R2)、校正标准差(SEC)、平均相对误差(AARD)分别为99.36%,2.31%,8.94%,检验集的R2、预测标准差(SEP)、AARD分别为99.37%,2.29%,5.40%。结果表明,利用该方法对这两种锈菌定性和定量分析是可行的。本研究为植物病原菌的定性识别和定量分析提供了一种基于近红外光谱技术的新方法。     

近红外光谱结合非负回归系数回归法(配方回归)解析混合样品的组成比例

准确、快速解析混合样品的组成比例对食品、农产品加工过程的质量控制和配方设计具有重要作用。传统的解决方法多是利用大量代表性样品建立统计模型来实现,耗时耗力。以醇类及酸类液体混合样品及其低浓度溶液混合样品(无近红外特征吸收的四氯化碳(CCl₄)为溶剂介质)的透射光谱,以及片状烟叶样品漫反射光谱为例,采用导数和S.G.平滑,结合非负回归系数回归法(配方回归)验证了在一定条件下解析混合样品组成比例的可行性。结果表明,对醇酸类液体透射光谱,根据非负回归系数回归法得到的解析比例更接近于醇酸类液体的实际摩尔比例,与实际摩尔比例的误差在8%以内, 其低浓度溶液的解析效果更优,与实际摩尔比例的误差在4%以内;对片状烟叶的漫反射光谱,根据非负回归系数回归法得到的解析比例与实际质量比例的误差在10%以内;同时,混合样品的实际光谱与理论解析光谱之间均具有高度一致性,F和t检验的结果均在0.01水平上,无显著性差异,从理论上分析了解析比例的可靠性。该方法只需已知几种纯样品的光谱数据,即可解析出混合样品的纯样品组成比例,具有较好应用前景。     

近红外光谱定性分析中的特征波长筛选研究

提出了一种以样品光谱类间相关系数之和最小为准则进行光谱波长逐步筛选的方法(stepwise selection basing on minimum sum of correlation coefficients, SMCC),以类间距离与类内距离和的比值最大化(符合分析者主观预期目标)作为定性分析中特征波长筛选效果的评价依据,并使用红塔集团提供的2012年17种不同类型工业分级烟叶作为试验样品,以验证筛选方法的有效性。研究表明,采用CO1分级烟叶光谱作为参照类别,筛选出10个特征波长点：采用特征波长计算得到的类内欧氏距离的平均值为采用全部波长计算得到的平均值的1.69倍,采用特征波长计算得到的类间欧氏距离的平均值为采用全部波长计算得到的平均值的3.70倍,采用特征波长计算得到的类间欧氏距离与类内欧氏距离和的比值的平均值为采用全部波长计算得到的平均值的2.21倍。特征波长的类间与类内欧氏距离和的比值增大,说明筛选出来的特征波长能更加有效的表达不同类间的远近关系以及同一类内的离散度,SMCC算法是一种有效的、可应用于近红外光谱定性分析中的特征波长筛选方法。     

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。     

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。     

应用近红外光谱或化学指标判别不同产地晒红烟的相似性

近红外光谱采集物质信息较全面,是多种物质的复合信息,但具体特征不明显;化学指标虽能够体现物质的具体特征,但所包含的物质信息却不够全面。以2012年和2013年贵州、湖南、吉林、江西、山东、四川六个产地共115个晒红烟样品为研究对象,其近红外光谱采用一阶导数和平滑处理,测定的26个化学指标及其26个计算值(譬如糖碱比等)采用归一化处理,应用PPF投影技术对不同产地晒红烟进行相似性分析。结合近红外光谱和化学指标的分析结果表明：应用近红外光谱和化学指标分析六个产地晒红烟分布规律较为一致,表明通过近红外光谱信息和大量检测数据均可分析产地特征的相似性;对52个化学指标的方差贡献率分析得出,决定产地特征的重要指标是亚硝胺;应用近红外光谱对小产地之间进行聚类分析,得出部分小产地之间具有可替代性,结合主要内在的化学指标工业需求取向,可合理替代不同烟叶原料,降低产品加工质量的波动性。     

栽培稻叶片近红外光纤漫反射光谱的抗旱性鉴定分析

选用了来源于不同国家和地区的30个抗旱性强弱不同的栽培稻品种,其中有传统旱稻4个,改良旱稻18个,敏旱突变体材料2个,典型水稻4个,耐旱水稻2个,分别在水田和旱地下种植得到的叶片近红外漫反射光谱为对象,进行了抗旱性鉴定分析研究,结果表明:采用多个叶片测量得到的平均光谱数据,选择4 500～7 500 cm-1作为有效的分析谱区,应用一阶导数和散射校正结合进行光谱预处理等方法,适合建立旱地种植下栽培稻叶片的旱地产量等模型.同时研究表明:孕穗中后期旱地叶片近红外光谱与旱地产量、抗旱指数之间建立模型的结果要优于孕穗前期,其模型交叉验证结果的相关系数可达0.8左右.而在水田种植条件下得到的叶片近红外光谱与水田产量、抗旱指数之间模型交叉验证结果相关性较弱,从叶片叶绿素、含水量等主要生理生化参数与产量、抗旱指数之间相关关系角度,对水旱田下两类模型的性能差异进行了农学解释.     

样品装样、测试条件等因素对近红外检测结果的影响与分析误差源比较研究

以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,研究了样品装样、测试条件等因素对近红外检测结果的影响。并实现了通过建立全局模型应用自校正方法来降低分析误差。结果表明,在不考虑样品粒度、测试条件等因素的影响情况下,该仪器自身信噪比等性能指标引起的测试重复性误差、重装样误差、样品松紧度误差来源各占50%,30%,20%左右,通过压样措施可降低由样品松紧度产生的误差。当季节、温度等测试条件发生较大变化时,引起的测试准确性误差远大于所有测试重复性误差的总和。文章旨在从误差来源理论上解析各影响因素,为改进仪器提供基础理论数据;从理论上解析测试条件因素影响的重要性,并为近红外技术研究解决该问题给出了一种新思路。     

现代近红外光谱分析的信息处理技术

介绍了现代近红外光谱分析技术的要点，流程，以及建立数学模型的优化层次与建模层次，最后，阐明了在我国应用与发展近红外技术的策略，即“产业化”与“民主化”相结合。