三種不同近紅外光譜儀對(duì)谷物的光譜測(cè)定及標(biāo)準(zhǔn)光譜的確定

顧皓昊 梁靜靜 王秀芬

摘 要：文章利用三臺(tái)不同紅外光譜儀（M5、MP5、MP6）得到的80個(gè)谷物的近紅外光譜數(shù)據(jù)，以80個(gè)谷物的水分、油、蛋白質(zhì)及淀粉的含量作為指標(biāo)，利用因子分析法選出最優(yōu)種子，再通過(guò)最優(yōu)種子在三臺(tái)機(jī)器中得到的三條近紅外光譜求平均，得到標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜；因子分析法；谷物

引言

近紅外光譜（NIR）分析技術(shù)是近年來(lái)迅猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，已成功應(yīng)用于食品、煙草、藥品及化工等諸多行業(yè)產(chǎn)品的分析測(cè)定。近幾年來(lái)，各種類(lèi)型和不同用途的NIR儀器如雨后春筍般地涌現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外有三十余個(gè)廠家在生產(chǎn)不同用途的近紅外光譜儀，如通用型儀器、專用儀器和在線儀器等。儀器類(lèi)型也各不相同，如按單色器和檢測(cè)器分類(lèi)，市場(chǎng)上存在的NIR光譜儀可分為濾光片型、光柵掃描型、傅立葉變換型（FT）、陣列檢測(cè)型和聲光調(diào)諧型（AOTF）等五類(lèi)[1-3]。不同儀器波長(zhǎng)分辨率有差異，儀器的穩(wěn)定性，對(duì)測(cè)定的檢測(cè)限、線性范圍和對(duì)不同組成的物質(zhì)的適應(yīng)性都有差異。馮新瀘等通過(guò)研究不同類(lèi)型紅外光譜儀器測(cè)定水中礦物油的比較，得出性能較好的OIL410型紅外分光測(cè)油儀[4]。林新等分別應(yīng)用兩種不同型號(hào)近紅外光譜儀對(duì)綠茶中水分含量進(jìn)行定標(biāo)建模，并對(duì)其進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，兩種儀器所得到的模型定標(biāo)效果均良好，預(yù)測(cè)精度高，都可用于實(shí)際檢測(cè)，但I(xiàn)nfraXact Lab型光譜儀得到的模型穩(wěn)定性較強(qiáng)[5]。

1 問(wèn)題提出

三臺(tái)不同紅外光譜儀（M5、MP5、MP6）因其工作原理不同，所以得出的近紅外光譜略有差異，但對(duì)絕大多數(shù)谷物而言，儀器的工作原理不同產(chǎn)生的誤差并不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以我們需要利用三臺(tái)機(jī)器中每臺(tái)機(jī)器得到的80個(gè)谷物的近紅外光譜做分析，最終得到一條標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜，題中給出了80個(gè)谷物的水分、油、蛋白質(zhì)及淀粉的含量，在分析化學(xué)中，我們判斷現(xiàn)有混合物樣本的最優(yōu)樣本時(shí)[7～9]，通常會(huì)以其中各種物質(zhì)的含量作為指標(biāo)，所以我們以80個(gè)谷物的水分、油、蛋白質(zhì)及淀粉的含量作為指標(biāo)，利用因子分析法[6]選出最優(yōu)種子，再利用最優(yōu)種子在三臺(tái)機(jī)器中得到的三條近紅外光譜，得到標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜。

2 模型的建立

2.1 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

4 結(jié)果分析

選出三個(gè)機(jī)器中第21個(gè)最優(yōu)谷物，以1100-2498nm，間隔為2nm為橫坐標(biāo)，做出最優(yōu)谷物的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖，如圖1所示。

從圖1中我們可以看出，三種機(jī)器對(duì)我們選出的最優(yōu)谷物做的紅外光譜圖的走向基本相同，根據(jù)前面所說(shuō)，儀器的工作原理不同產(chǎn)生的誤差并不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)整體結(jié)果，所以我們將這三個(gè)機(jī)器得出來(lái)的值做平均，即為該谷物的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜，如圖2所示。

圖2中的綠線是三個(gè)機(jī)器21號(hào)谷物的標(biāo)準(zhǔn)差曲線，該線平滑無(wú)起伏，且隨著波長(zhǎng)增加逐漸減小，說(shuō)明該方法得出的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜曲線較優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

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[2]馮新瀘，史永剛.不同類(lèi)型紅外光譜儀器測(cè)定水中礦物油的比較[J].分析儀器，2000（4）：52-53.

[3]林新，牛智有，馬愛(ài)麗.不同近紅外光譜儀在綠茶水分檢測(cè)應(yīng)用中的比較研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2008（3）：29-31.

[4]司守奎，孫兆亮.數(shù)學(xué)建模算法與應(yīng)用（第二版）[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

[5]李慧.傅立葉變換近紅外光譜技術(shù)測(cè)定傳統(tǒng)豆制品品質(zhì)的研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[6]張軍，鄭詠梅，王芳容，等.谷物近紅外光譜分析中常用數(shù)據(jù)處理方法討論[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，21（1）：4-9.

[7]楊欣，賀浪沖，王娜，等.近紅外漫反射光譜法測(cè)定阿奇霉素分散片的含量[J].中國(guó)抗生素雜志，2007（32）：9.

作者簡(jiǎn)介：顧皓昊（1994-），男，漢族，山西運(yùn)城人，天津農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2012級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科在讀。