Rapid nondestructive evaluation of duck meat pH and color using visible and near-infrared reflectance spectroscopy

In the present study, visible and near-infrared reflectance spectroscopy were applied to predict quality attributes of duck breast meat. The real color (expressed as lightness, redness, and yellowness) and pH of duck samples were recorded using traditional contact methods and then modeled with their corresponding spectral data by partial least square regression. Before the establishment of prediction models, three different spectral preprocessing methods including first derivative, standard normalized variate, and Savitzky–Golay smoothing were used. Compared to the models obtained from original spectral data set, the predictive capabilities of models based on the spectra after preprocessing were improved effectively. As a result, the determination coefficient of calibration set and prediction set of the best models for lightness, redness, yellowness, and pH parameters were 0.96 and 0.85, 0.94 and 0.94, 0.96 and 0.94, 0.81 and 0.76, respectively. Results demonstrated that visible and near-infrared spectroscopy can become a useful tool for rapid prediction of duck color and pH quality attributes.     

0.9~1.0μm近红外连续光纤激光器的研究进展

波长为0.9~1.0μm的近红外连续光纤激光器在高功率蓝光和紫外激光产生、高功率单模泵浦源、生物医学以及激光雷达等领域具有重要的应用前景,成为近年来的一个研究热点。目前,0.9~1.0μm光纤激光器的增益机制主要有稀土离子增益和非线性效应增益,本文详细梳理了基于这两类增益机制的0.9~1.0μm连续光纤激光器的研究进展,并深入分析了各类激光器存在的技术瓶颈及解决途径,最后对0.9~1.0μm光纤激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

一种分光型温室覆盖结构的光学特性研究

本文针对温室设计了一种分光型覆盖结构,该结构可以使太阳光中的可见光进入温室提供植物光合作用所需光能,近红外光反射到薄膜电池转化成电能.本文利用光学软件模拟不同入射角下该结构的光学特性,室外试验结果表明,该结构全天可见光透过率在36％～48.9％之间,室内照度为20～30 klx,基本满足植物生长需求;输出电功率呈现早晚...     

高光谱成像的三七粉质量等级无损鉴别

三七粉是三七的主要消费和商品形式,市场上存在以次充好、甚至是掺假的现象,由于是粉状物料,难以用肉眼判别,为了实现对不同质量等级的三七粉进行无损鉴别。将30头、40头、60头和80头的三七主根研磨成粉,制备样本。采用可见近红外高光谱成像系统（400.68～1 001.61 nm）采集4种不同头数三七粉,共计384个样品的高光谱图像,提取高光谱图像感兴趣区域(ROI)的平均光谱值作为样本原始光谱。将384个三七粉样本按2∶1的比例划分训练集和测试集。采用卷积平滑（SG）、多元散射校正（MSC）和标准正态变量变换（SNV）3种预处理方法对三七粉样本光谱信息进行预处理并建立支持向量机(SVM)分类模型,通过比较基于3种预处理方法的SVM模型测试集分类准确率,确定SNV为最优预处理方法。采用迭代保留信息变量（IRIV）、变量组合集群分析（VCPA）和变量组合集群分析混合迭代保留信息变量（VCPA-IRIV）3种特征选择方法提取SNV预处理后光谱的特征波长并建立基于特征光谱和原始光谱的SVM分类模型,通过比较基于3种特征选择方法得到的特征波长建立的SVM模型测试集分类准确率,发现将VCPA与IRIV相结合的VCPA-IRIV为最优特征选择方法。VCPA-IRIV提取了18个特征波长代替全光谱数据参与建模,该算法在降低模型复杂度的同时保持了模型的分类精度。为了提高模型的分类精度,采用引力搜索算法（GSA）对SVM模型中惩罚因子c和核参数g进行寻优,并与网格搜索（GS）的结果进行比较,结果表明,VCPA-IRIV-GSA-SVM模型分类效果最好,测试集分类准确率达到100%。可见,利用可见近红外高光谱成像对三七粉进行质量等级无损鉴别是可行的,为市场上三七粉的质量等级鉴别提供了参考。     

新型近红外超长余辉材料Zn3Al2Ge2O10：Cr3+的发光性能

采用高温固相法制备了新型近红外长余辉材料Zn₃Al₂Ge₂O₁₀：Cr³⁺,利用X射线衍射、荧光光谱和余辉衰减曲线等对合成的样品进行了分析。结果表明：样品Zn₃Al₂Ge₂O₁₀：Cr³⁺是Ge⁴⁺取代ZnAl₂O₄：Cr³⁺尖晶石中的部分Al³⁺而形成的固溶体。在397 nm光的激发下,发射光谱主要由两个明显的窄峰叠加在Cr³⁺离子的自旋允许跃迁⁴T₂→⁴A₂辐射的宽发射带上。发光强度随着Cr³⁺离子掺杂浓度的增大和煅烧温度的升高而出现浓度猝灭及温度猝灭现象。当Zn₃Al_2-xGe₂O₁₀：xCr³⁺中的Cr³⁺离子掺杂量x为2%且煅烧温度为1 350 ℃时,样品的近红外发光及余辉强度最大。材料的余辉持续时间超过300 h,余辉发射谱峰位与荧光发射光谱中的N线一致,均位于697 nm附近。最后分析了煅烧温度对样品余辉性能的影响,并对材料的余辉机制进行了探讨。     

独立成分分析的多光谱图像融合算法

为解决图像空间信息的问题,文章提出了一种独立成分分析的多光谱图像融合算法,将多光谱图像的RGB 3个波段和近红外图像共4个波段进行独立成分分析变化,并对其做加权平均得到主图像信息,将主图像信息与全色图像加权求平均得到一副新的图像,然后将这幅图像还原到4个波段得到融合后的结果图像。     

发酵液中甘油和丁醇含量的近红外快速检测方法

为了提高生物发酵过程的控制与优化水平,试对发酵底物甘油和目标产物丁醇的含量进行快速无损检测进行研究.首先对80份甘油与丁醇的单体系样本进行近红外扫描并进行光谱分析.为提高模型的预测能力,分别采用了偏最小二乘法、间隔偏最小二乘法、向前间隔偏最小二乘法、向后间隔偏最小二乘法和窗口移动最小二乘法5种定量校正方法建立甘油和丁醇含量的近红外检测模型并对模型进行分析与比较.结果表明,向后间隔偏最小二乘法建立的模型效果较好,甘油和丁醇的单组份溶液的检测模型相关系数分别达到0.99932(甘油)和0.98843(丁醇).为测量真实的甘油发酵液中甘油和丁醇含量,搭建并建立了甘油和丁醇浓度监测平台,验证得相关系数分别达到0.99074(甘油)和0.99261(丁醇).结果表明建立的近红外快速检测模型在检测的准确性和快速性上均有优异的性能,为发酵行业快速检测提供了新的检测手段.     

典型块状煤的可见-近红外光谱特征研究

因可见-近红外波段反射光谱测试方便,仪器成本较低,适用于在线分析,为此针对煤在可见-近红外波段的反射光谱曲线特征规律及其产生机理进行了研究分析。从晋、鲁、宁、吉地区煤矿收集了无烟煤、烟煤、褐煤三大类型中的12种典型煤样,按煤阶从高到低具体包括无烟煤一号、无烟煤二号、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、褐煤一号、褐煤二号,在实验室利用地物光谱仪采集了块状煤样在可见-近红外波段的反射光谱曲线。通过对光谱曲线特征分析,发现无烟煤的反射光谱曲线整体上趋于水平方向,吸收谷特征不明显,随煤阶的降低,光谱反射率、近红外波段光谱斜率整体上呈增加趋势,较明显的吸收谷特征增多且吸收强度增加,有13个较明显的吸收谷特征波段。通过X射线衍射分析（XRD）测定了煤样的碳材料结构和矿物成分,煤非晶质性分子结构的芳构化趋势对煤阶升高时光谱反射率降低、反射曲线趋于平缓起到主要作用。当煤阶降低时,以脂肪侧链为主的有机吸收基团的中红外波段基频在近红外波段的倍频和合频产生众多吸收叠加,绝大多数吸收谷特征不明显,相对较为明显的吸收谷产生在1 700和2 300 nm附近。同时含Fe等过渡金属的矿物、H₂O、粘土矿物等无机物成分也是煤反射光谱曲线吸收谷特征增多的因素。通过对实验煤样X射线荧光分析（XRF）和工业分析测定了煤样中Fe和Al等矿物元素成分含量和空气干燥基水分、灰分、挥发分、固定碳含量,得出煤反射光谱曲线的近红外波段光谱斜率与挥发分产率、固定碳含量分别呈正、负相关性。H₂O谱带吸收深度之和与内在水分含量线性相关性较好,Fe和Al含量与相关波段吸收谷深度之和基本呈线性关系,而主要由有机基团倍频和合频所产生的1 700和2 300 nm附近两处吸收谷深度之和与挥发分产率线性相关性较差。获得典型块状煤种的可见-近红外波段反射光谱特征,为煤矿区高光谱遥感以及煤光谱数据库的建立提供依据,也为直接利用可见-近红外波段的反射光谱曲线波形特征快速、低成本、定性地识别煤种类提供参考;同时对煤矿用煤炭探测光谱传感器的研制具有重要意义。     

Ultrasonic-assisted catalytic transfer hydrogenation for upgrading pyrolysis-oil

Recent interest in biomass-based fuel blendstocks and chemical compounds has stimulated research efforts on conversion and upgrading pathways, which are considered as critical commercialization drivers. Existing pre-/post-conversion pathways are energy intense (e.g., pyrolysis and hydrogenation) and economically unsustainable, thus, more efficient process solutions can result in supporting the renewable fuels and green chemicals industry. This study proposes a process, including biomass conversion and bio-oil upgrading, using mixed fast and slow pyrolysis conversion pathway, as well as sono-catalytic transfer hydrogenation (SCTH) treatment process. The proposed SCTH treatment employs ammonium formate as a hydrogen transfer additive and palladium supported on carbon as the catalyst. Utilizing SCTH, bio-oil molecular bonds were broken and restructured via the phenomena of cavitation, rarefaction, and hydrogenation, with the resulting product composition, investigated using ultimate analysis and spectroscopy. Additionally, an in-line characterization approach is proposed, using near-infrared spectroscopy, calibrated by multivariate analysis and modeling. The results indicate the potentiality of ultrasonic cavitation, catalytic transfer hydrogenation, and SCTH for incorporating hydrogen into the organic phase of bio-oil. It is concluded that the integration of pyrolysis with SCTH can improve bio-oil for enabling the production of fuel blendstocks and chemical compounds from lignocellulosic biomass.     

近红外反射光谱分析技术快速检测复合化学肥料中肉骨粉含量的研究

肉骨粉是产生牛海绵状脑病(BSE)的主要原因,根治BSE很有必要研究饲料和肥料中的肉骨粉的检出方法.本文探讨了利用近红外反射光谱(NIRS)分析技术快速检测复合化学肥料中肉骨粉含量的可行性.对混合有肉骨粉的4种复合肥料样品和这些所有样品,采用偏最小二乘法(PLS),获得5个校正模型的决定系数(R2)分别为0.9989、0.9957、0.9977、0.9969和0.9955,相对标准偏差(RSD)分别为3.82%、4.07%、3.92%、3.99%和5.13%;检验集的真值和模型预测值的决定系数(r2)分别为0.9951、0.9981、0.9960、0.9943和0.9884,RSD分别为6.74%、2.58%、3.55%、6.17%和7.44%.结果表明,利用NIRS分析技术可以成功检测出复合肥料中肉骨粉的含量.