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近红外光谱仪器及粮食成分定标技术研究

作　者: 李仕萍
导　师: 钟金钢；陈星旦
学　校: 暨南大学
专　业: 光学
关键词: 近红外 定标 光谱仪 模型优化 多元散射校正
分类号: TS210.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


近红外光谱(Near Infrared Spectra,简称NIRS)分析技术是一种利用样品近红外光谱与成份的相关性来对样品组份进行定性、定量分析的技术,一般包括光谱仪器、光谱数据处理软件和定标样品集,三者缺一不可,它不需破坏样品,不使用化学试剂,测定速度极快,是一种绿色分析技术。 本文首先简单介绍近红外光与物质作用的基本原理、几种常用类型光谱仪的基本结构和原理以及近红外定标中常用的数学处理方法。主要介绍国家“十五”科技攻关经费资助的近红外谷物品质分析仪的基本结构,并利用这台仪器对玉米粉样品的水分和面粉样品的蛋白质、水分进行定标技术的研究。其次,分析定标波长数与面粉样品、玉米粉样品水分定标模型的关系,实验结果显示,并不是回归的波长数越多越好,当定标波长的数量足够涵盖所测样品成分的光谱信息时,定标波长数的增加会出现过拟合,所以当面粉样品波长数超过2,玉米粉末样品波长数超过3时,就会出现共线问题,交叉验证均方标准差在增大,说明实际预测能力减弱。再次,由于存在颗粒度的影响,单独使用水分的特征吸收波长作一元回归的模型质量较差,需与一个参考波长作二元回归,为找出回归模型较好的参考波长,利用水分特征波长分别与其他波长搭配建立定标模型,并用交叉验证法对模型进行验证,结果显示,玉米粉与面粉的参考波长不一样,因为不同种类的样品,其化学结构也不一样,所以选择参考波长时要视样品的结构而定,某些化学键会影响水分的吸收。对于面粉蛋白质的定标,波长数达到7时,回归的模型较好。为减少回归因子数以及降低回归系数值,提出一种利用原始光谱减法运算的方法,利用这种方法对面粉蛋白质进行回归,能够建立更好的回归模型。最后,讨论多元散射校正对单波长定标模型的影响,利用一个特征波长建立的模型和MSC预处理后再选择这个特征波长建立的模型作比较,结果显示,对光谱进行MSC预处理后用一个波长建立定标模型能显著降低水分模型的交叉验证均方标准差,但不会显著降低蛋白质模型的交叉验证均方标准差。由于交叉验证均方标准差都有所降低,说明MSC预处理能够基本消除干扰因素的影响。

全文目录


第1章 绪论  10-14
  1．1 近红外光谱技术的发展情况  10-11
  1．2 近红外光谱仪器及其发展  11-12
  1．3 近红外光谱分析技术的特点  12
  1．4 本文的主要研究内容及意义  12-14
第2章 近红外光谱分析的理论  14-24
  2．1 近红外分子振动光谱的基本理论  14-18
    2．1．1 分子振动的类型  14
    2．1．2 简谐振动  14-16
    2．1．3 非简谐振动  16-18
  2．2 光与物质作用的物理原理  18-23
    2．2．1 光的透射  18-19
    2．2．2 光的吸收  19-20
    2．2．3 光的反射  20-23
  2．3 本章小结  23-24
第3章 近红外光谱仪器及定标中常用的数学处理方法  24-38
  3．1 近红外光谱仪器  24-31
    3．1．1 滤光片型近红外光谱仪器  25-26
    3．1．2 光栅扫描型近红外光谱仪器  26-28
    3．1．3 傅立叶变换型近红外光谱仪器  28-29
    3．1．4 声光可调滤光型近红外光谱仪器  29-31
  3．2 近红外定标中常用的数学方法  31-37
    3．2．1 线性回归分析法  31-34
      3．2．1．1 一元线性回归分析  31-33
      3．2．1．2 多元线性回归分析  33-34
    3．2．2 主成分回归法  34-35
    3．2．3 偏最小二乘法  35-36
    3．2．4 人工神经网络法  36-37
  3．3 本章小结  37-38
第4章 近红外光谱定量分析在粮食成分测量中的应用  38-54
  4．1 仪器的研制  38-46
    4．1．1 仪器硬件  38-42
    4．1．2 应用软件  42-46
      4．1．2．1 定标分析系统  42-45
      4．1．2．2 预测系统  45-46
  4．2 对仪器定标  46-53
    4．2．1 样品的选择与制备  46-47
    4．2．2 玉米水分、面粉蛋白质化学值的测量方法  47-48
    4．2．3 样品的近红外光谱  48-49
    4．2．4 定标建模  49-53
  4．3 本章小结  53-54
第5章 粮食成分定标技术研究  54-71
  5．1 对水分的定标  54-63
    5．1．1 定标波长数的选择  54-59
      5．1．1．1 样品与方法  54-55
        5．1．1．1．1 实验样品及仪器  54
        5．1．1．1．2 样品近红外光谱的采集  54-55
      5．1．1．2 结果与讨论  55-59
    5．1．2 参考波长的选择  59-60
      5．1．2．1 样品与方法  59
      5．1．2．2 结果与讨论  59-60
    5．1．3 最佳定标模型  60-63
  5．2 对蛋白质的定标  63-66
    5．2．1 定标波长数的选择  63-64
      5．2．1．1 样品与方法  63
      5．2．1．2 结果与讨论  63-64
    5．2．2 定标模型的优化  64-66
  5．3 多元散射校正对单波长定标模型的影响  66-70
    5．3．1 多元散射校正的原理  66-67
    5．3．2 样品与方法  67
    5．3．3 结果与讨论  67-70
  5．4 本章小结  70-71
第6章 结论与展望  71-74
  6．1 结论  71-72
  6．2 展望  72-74
参考文献  74-77
在校期间发表的论文  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 食品工业 > 粮食加工工业 > 一般性问题 > 产品标准与检验
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