不同分光原理近红外光谱仪光谱标准化方法在小麦粉品质检测中的应用
波长,校正,1模型传递原理,2试验部分,1样品与仪器,2化学值测定,3光谱差异分析,4模型评价标准,5数据处理与分析,6光谱标准化方法,3结果与分析,1主机模型的建立,2不同仪器采集光谱的差异,3
田 静,陈 斌*,陆道礼,盛龙禹,蔡贵民(1 江苏大学食品与生物工程学院 江苏镇江 212013 2 上海中科航谱光电技术有限公司 上海 200086 3 上海棱光技术有限公司 上海 200023)
近红外光谱技术(Near infrared spectroscopy,NIRS) 经过多年的发展已相当成熟,尤其是在食品、农产品、医药、材料等领域得到广泛的应用[1-3]。NIRSA 是基于样品组分中基团在近红外光谱区有特征吸收,通过构建吸收光谱信息和待测指标之间的定量关系,实现对样品品质的快速检测技术。其优势体现在快速高效、绿色无损、可多组分同时检测[4-6]。近红外光谱模型在使用过程中,由于检测条件、检测环境或仪器设备发生变化,近红外光谱的吸光度会出现差异,导致建成的校正模型失效,而重新建立模型需耗费大量的人力、物力[7-8],因此,实现仪器间的模型共享是NIRS 实际应用中的瓶颈问题之一,是该技术走向生产实践必须解决的问题[9-10]。
近年来,国内外大量研究人员针对近红外光谱分析的模型传递问题进行了较为深入的研究,并取得许多成果[11-13]。目前近红外模型传递的研究多数局限于相同分光原理的仪器之间,而对不同分光原理的近红外光谱仪间的模型传递鲜有报道。如能实现不同分光原理的仪器间的光谱标准化、模型传递,可有效降低不同分光原理仪器需独立建立校正模型的成本,对NIRSA 技术在各行业的应用与推广具有重要的意义。
以小麦粉为试验样品,以光栅扫描型、法布里-珀罗干涉仪型、声光可调滤光器型3 种不同分光原理的3 台近红外光谱仪的小麦粉近红外光谱为研究对象,分别采用直接标准化(Direct standardization,DS)、分段直接标准化(Piecewise direct standardization,PDS)、一元线性回归直接标准化(Simple linear regression direct standardization,SLRDS) 等3 种算法对3 种分光原理近红外光谱仪采集的同一样品光谱进行标准化,使用欧氏距离、光谱标准化误差率2 个指标定量描述同一样品的从机光谱标准化前、后与主机光谱间的差异,距离和误差率越小,表示样本光谱间的差异越小,从而使近红外光谱校正模型在不同原理仪器间的共享的预测误差最小。
1 模型传递原理
模型传递主要是通过建立主机和从机光谱、模型参数或预测值之间的函数关系,校正因仪器差异、检测条件或检测环境因素变化而导致的预测误差。模型传递方法依照校正对象可分为3 类:对模型参数进行校正 ......
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