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基于近红外光谱技术的蔬菜中农药残留量检测方法研究

作　者: 郑光
导　师: 刘翠玲
学　校: 北京工商大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 近红外光谱农药残留毒死蜱校正模型偏最小二乘
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国国民经济的不断发展,特别是全球经济一体化和食品贸易国际化,食品安全问题已经成为举足轻重的问题。蔬菜中农药残留超标是目前我国食品安全中非常突出的问题。因此开发快速、高效、经济、环保的农药残留检测技术,已经成为当前国内外研究的热点课题。本论文在北京市自然科学基金项目“基于光谱技术的农药残留量快速智能检测方法研究”的资助下,采用近红外光谱分析技术,以常用农药毒死蜱为研究对象,选择大白菜和菠菜作为蔬菜代表,开展了蔬菜中农药残留量检测方法的探索性研究。论文中针对毒死蜱浓度范围在0.05~4 mg/ kg的混合溶液样品,通过不同采样分辨率、采样次数及采样模式的选择,获取了毒死蜱溶液样品的近红外光谱。同时针对光谱预处理方法进行了研究,通过10种不同的光谱预处理方法对样品近红外光谱进行处理后比较,得出了一阶导数17点平滑与标准正态变量变换(SNV)相结合的光谱预处理方法,取得了良好的效果。经过波长优化、主成分数目的确定,建立了基于偏最小二乘法的近红外校正模型,校正集样品预测值与真值相关系数为0.9272,交叉验证均方差SECV为0.3,预测集样品预测值与真值测定系数为0.9747,预测均方差SEP为0.31,表明该模型具有良好的预测效果和较高的预测精度。为了进一步验证该模型的实际应用能力,本论文进行了大白菜与菠菜模型对比分析、无公害菠菜与市场菠菜模型对比分析以及菠菜模型稳定性的研究验证。结果表明该模型对大白菜和菠菜有很好的预测效果,并且菠菜模型的预测效果略好于大白菜的模型,无公害菠菜的模型优于市场菠菜的模型,但是模型的通用性尚需进一步修正和改善。本文研究表明,近红外光谱技术作为一种快速、无损、多组分同时分析的“绿色”分析技术,对蔬菜中农药残留检测具有巨大的潜力和应用价值。因此,本研究对农药残留量检测技术的开发具有一定的借鉴意义,同时对构建和完善我国食品安全监管体系起到了积极作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题来源  9
  1.2 研究的背景及意义  9-11
  1.3 农药残留检测技术研究现状  11-13
  1.4 近红外光谱分析技术的发展及应用  13-15
  1.5 本文研究内容和安排  15-17
    1.5.1 研究内容  15-16
    1.5.2 章节安排  16-17
第二章基于近红外光谱分析技术的检测系统研究  17-24
  2.1 近红外光谱分析技术的基础理论  17-19
    2.1.1 近红外光谱分析技术的原理  17-19
    2.1.2 近红外光谱分析技术的特点  19
  2.2 近红外光谱分析的系统构成  19-23
    2.2.1 近红外光谱分析流程  20-21
    2.2.2 近红外光谱分析仪器  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章样品光谱采集与预处理方法研究  24-37
  3.1 样品制备实验  24-25
    3.1.1 样品选择方法  24
    3.1.2 实验材料  24
    3.1.3 仪器和设备  24
    3.1.4 样品制备实验方案  24-25
  3.2 近红外光谱实验数据采集  25-28
    3.2.1 光谱采集仪器及附件  25
    3.2.2 采样分辨率的选择  25-26
    3.2.3 采样次数的选择  26-27
    3.2.4 采样模式的选择  27
    3.2.5 毒死蜱溶液样品光谱数据的采集  27-28
  3.3 近红外光谱预处理方法的研究  28-36
    3.3.1 奇异样品的检测  28-30
    3.3.2 近红外光谱的预处理方法  30-34
    3.3.3 毒死蜱溶液样品光谱预处理方法对比分析  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章近红外光谱分析模型的建立方法研究  37-48
  4.1 近红外校正模型的建立方法  37-41
    4.1.1 偏最小二乘法  37-39
    4.1.2 多元线性回归法  39-40
    4.1.3 主成分回归法  40
    4.1.4 人工神经网络  40-41
  4.2 近红外光谱校正模型的评价指标  41
  4.3 基于偏最小二乘法的毒死蜱溶液校正模型建立  41-47
    4.3.1 模型建立流程  41-42
    4.3.2 波长优化选择  42-43
    4.3.3 主成分数目的确定  43-44
    4.3.4 校正模型的建立  44-47
    4.3.5 模型评价  47
  4.4 本章小结  47-48
第五章基于PLS 模型的蔬菜中农药残留量分析研究  48-64
  5.1 大白菜和菠菜中农残含量近红外模型对比分析  48-55
    5.1.1 实验方案设计  48-51
    5.1.2 大白菜中毒死蜱含量检测模型的建立  51-53
    5.1.3 菠菜中毒死蜱含量检测模型的建立  53-55
    5.1.4 模型对比分析  55
  5.2 无公害菠菜和市场菠菜中农残含量模型对比分析  55-62
    5.2.1 实验方案设计  55-58
    5.2.2 无公害菠菜中毒死蜱含量检测模型的建立  58-60
    5.2.3 市场菠菜中毒死蜱含量检测模型的建立  60-62
    5.2.4 模型分析对比  62
  5.3 菠菜中毒死蜱含量分析模型通用性的验证  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69-70
致谢  70

基于近红外光谱技术的蔬菜中农药残留量检测方法研究

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