便携式近红外光谱仪及其在农业中的应用现状

便携式近红外光谱分析技术因具有检测速度快、范围广、无损、价格低廉等优点,已被广泛应用于工业、农业、医药、食品等领域。为全面认识便携式近红外光谱仪及其在农业中的应用现状,归纳便携式近红外光谱仪的主要构成与类型,基于光路结构差异性阐述光栅扫描型、滤光片型、傅里叶变换型、声光可调滤波器型、微机电型光谱仪的基本原理与特点,并针对便携式近红外光谱仪在农业领域中的应用,重点总结便携式近红外光谱分析技术在水果、粮食作物、蔬菜、土壤及农业其他领域中的应用研究进展,探讨便携式近红外光谱仪在模型构建、测量精度、仪器微型化方面所面临的问题与挑战,进而提出改进措施,旨在为农产品的品质评价及种植管理提供参考。     

基于便携式近红外光谱仪检测梨可溶性固形物

探索采用便携式近红外光谱仪,利用不同光谱预处理算法及波长优选法建立检测模型检测梨可溶性固形物含量(SSC)的可行性。比较了一阶导数(1st)、二阶导数(2nd)、多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)等9种预处理方法进行PLS建模的效果,确定最佳预处理方法。用相关系数法、无信息变量消除法(UVE)、向后区间偏最小二乘法(biPLS)和向后区间偏最小二乘法结合遗传算法(biPLS+GA)优选波长,用偏最小二乘法(PLS)建立梨SSC的定标模型,根据各个模型的校正集和预测集的相关系数(r)和交互验证均方根误差(RMSECV)、预测均方根误差(RMSEP)评价定标模型的精度和稳定性。结果表明:经过SNV预处理后的建模效果最好,校正集和预测集的相关系数r分别为0.890 8和0.868 9,RMSECV和RMSEP分别为0.592 5和0.630 8;相较于其他3种波长优选法,biPLS+GA方法不仅优选的波长数少,而且所建模型的预测效果更好,校正集和预测集的相关系数分别为0.887 9和0.891 0,RMSECV和RMSEP分别为0.599 9和0.571 3。     

便携式近红外水果分析仪研究进展

主要介绍了便携式近红外水果分析仪的检测流程以及系统组成,对比分析了几种国内外商品化的便携式近红外水果检测仪,总结了其国内外发展研究近况,并展望了便携式近红外水果检测仪的发展趋势。便携式近红外水果分析仪检测目标由产后管理检测逐步发展为产中管理监测,有力地保证了产后水果产品的质量。     

便携式近红外光谱仪检测红松籽中的水分含量

为了建立红松籽水分无损、快速检测,采用便携式近红外光谱仪在波长范围900~1 700 nm对红松籽的光谱信息进行采集和分析,建立红松籽水分的近红外预测模型。利用多种预处理方法优化模型,同时采用反向间隔偏最小二乘法、无信息变量消除法实现特征波段的选取。结果表明,带壳红松籽光谱经矢量归一化预处理后构建的模型最优,松仁光谱经一阶导数预处理后构建的模型最优;波段筛选能够优化模型质量,其中反向间隔偏最小二乘法的筛选结果最优,其带壳红松籽和松仁水分模型校正集相关系数分别为0.864 1和0.907 8,验证集均方根误差分别为1.041 7和0.833 8。结果表明,经过优化后,模型的效果较好,能够实现红松籽水分无损检测,为带壳坚果的在线检测提供技术参考。     

10种樟科植物的便携式近红外光谱技术识别方法

为了探究便携式近红外光谱仪识别樟科植物的能力,利用该仪器采集10种樟科植物叶片的近红外光谱信息,建立便携式近红外光谱识别模型。以樟科樟属的普陀樟、银木,润楠属的滇润楠、刨花楠、红楠,楠属的闽楠、桢楠、白楠、紫楠、浙江楠10种植物为研究对象,运用便携式近红外光谱仪采集其叶片光谱,经主成分分析、光谱预处理、光谱匹配等步骤,初步建立5种楠属植物便携式近红外光谱识别模型。依次将3种润楠属和2种樟属植物叶片光谱信息加入模型,对模型进行升级和扩充,最终建立3个模型,分别记为：模型1（闽楠-白楠-紫楠-浙江楠-桢楠）、模型2（闽楠-白楠-紫楠-浙江楠-桢楠-刨花楠-滇润楠-红楠）和模型3（闽楠-白楠-紫楠-浙江楠-桢楠-刨花楠-滇润楠-红楠-普陀樟-银木）,以此探究便携式近红外光谱分析技术识别10种樟科植物的能力。利用不同参数设置下的Savitzky-Golay平滑求导法和Normalize Range归一化范围预处理后所建模型均具备较好的性能,识别率分别达到99.65%、99.34%和99.71%。利用未知样品检验模型的识别效果,模型1、模型2和模型3对未知样品的识别率分别为98%、97.5%和99%。结果说明便携式近红外光谱技术能够成功识别10种樟科植物,为樟科植物识别技术提供了一种新方法。     

基于便携式近红外光谱仪的柴油硫质量分数检测

柴油中的硫是机动车排放造成大气污染的主要成分之一,目前各国政府制定了限定柴油硫质量分数的措施,因此研究对柴油中硫质量分数的快速检测方法具有重要意义.应用便携式近红外光谱仪采集不同硫质量分数柴油的光谱,共采集261份柴油的近红外光谱数据,利用Kennard-Stone(K-S)算法以3∶1比例将样本划分为校正集和预测集.对原始光谱在全谱区间采用去中心化、归一化、多元散射校正和15点2次平滑等多种预处理.实验结果表明,去中心化预处理方法对建立柴油硫质量分数的偏最小二乘回归(PLSR)模型效果最优,其决定系数(R²)为0.894和预测均方根误差(RMSEP)为89.17,相对分析误差(RPD)为3.089.比较了蒙特卡罗无信息变量消除(MCUVE)和竞争性自适应加权抽样(CARS)两种波长选择算法,最终使用CARS算法提取得到35个特征波长点进行高斯过程回归(GPR)建模的结果最佳,其R²为0.967,预测均方根误差为45.378,相对分析误差为5.616.结果表明,利用便携式近红外光谱技术建立柴油硫质量分数定量预测模型,实现对柴油中硫质量分数快速...     

便携式近红外仪及其应用

介绍了近红外技术的最新发展和应用.当今的科技飞速发展,已把利用近红外检测水果品质技术推向了一个新的高度.检测场所已由实验室、分选车间移至果园和树上;仪器由固定位置转为随处移动;果实检测由过去的产后商品,发展到产中生产过程监测、收获期预测等新阶段,监测和预测功能得到强化.新技术能为水果产中管理及时准确地反馈信息,提供精确的科学依据,指导果业生产,合理地浇水施肥,剪枝整枝,能为生产高质量高附加值水果提供强有力的保证.     

基于微型近红外光谱仪油菜籽粗脂肪 与粗蛋白校正模型的建立

为了验证微型近红外光谱仪的现场分析实用性,利用该光谱仪测定了油菜籽中粗脂肪与粗蛋白的含量。采集油菜籽样品的近红外反射光谱,光谱经预处理和异常样本剔除后,结合偏最小二乘法回归(PLSR)建立油菜籽的粗脂肪与粗蛋白定量分析模型。结果表明,粗脂肪的模型校正相关系数(Rc)、校正均方根误差(RMSEC)、预测相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9187、1.1873、0.8162和1.3895;粗蛋白的模型校正相关系数(Rc)、校正均方根误差(RMSEC)、预测相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.8773、0.8153、0.8033和0.7532。验证了该光谱仪在油菜籽的粗脂肪含量和粗蛋白含量检测方面是可行的,为进一步拓展微型近红外光谱仪的应用奠定了基础。     

手持式近红外光谱仪在烟叶均质化控制过程中的应用

打叶复烤是卷烟工业生产不可或缺的环节之一,通过配方打叶将成品片烟的化学成分控制在一定范围内,确保打叶复烤后烟叶产品的质量均匀性。该文系统介绍了手持式近红外光谱仪在烟叶打叶复烤中的使用流程,并对手持式近红外光谱仪烟叶均质化控制精度进行了验证,结果表明,其检测精度能完全满足烟叶均质化控制的要求,具有较强的实际应用价值。     

基于便携式拉曼光谱仪的氧乐果含量定量分析

【目的】研究利用便携式拉曼光谱仪测定农药氧乐果含量(质量分数)的定量分析方法,为农药残留的快速检测提供参考。【方法】利用便携式拉曼光谱仪,采集不同含量氧乐果溶液的拉曼光谱,比较不同预处理方法 (卷积平滑、一阶导数、二阶导数、基线校正、基线校正+卷积平滑)对氧乐果溶液拉曼光谱数据的预处理结果,从中筛选出最优预处理方法;以最优预处理方法处理之后的数据作为输入,分别采用偏最小二乘法(PLS)、主成分回归(PCR)和多元线性回归(MLR)算法建立拉曼光谱与氧乐果含量之间的预测模型,并对模型的预测效果进行评价。【结果】5种预处理方法中,氧乐果溶液拉曼光谱数据经基线校正处理后,所建立模型的预测效果最好。分别采用PLS、PCR和MLR算法建立了拉曼光谱与氧乐果含量之间的预测模型,对3个模型的预测结果进行评价,结果显示,PLS预测模型的相关系数(RP)为0.984,预测均方根误差(RMSEP)为1.12;PCR预测模型的RP为0.977,RMSEP为1.39;MLR预测模型的RP为0.539,RMSEP为5.54,可知基线校正与PLS结合建立的模型预测效果最佳。【结论】建立了基于便携式拉曼光谱仪的氧乐果残留的定量分析方法,为农药残留检测提供了一种快速、简单、方便的方法。     

不同近红外光谱仪在茶叶品质检测中的应用研究

分别应用NIRSystems 6500和InfraXact Lab两种不同型号近红外光谱仪对茶叶中茶多酚和咖啡碱含量进行定标建模,确定了在改进偏最小二乘法定标技术下的最优光谱数据预处理方式,分别建立了茶多酚和咖啡碱的优化定标模型.NIRSystems 6500和InfraXact Lab两种型号近红外光谱仪所建立茶多酚的最优定标模型目标函数f值分别为96.07%和95.96%,咖啡碱的最优模型目标函数f值分别为95.32%和91.47%,定标效果良好.利用验证集样本对模型进行了检验,茶多酚和咖啡碱的预测相对分析误差(RPD)均大于3.结果表明,两种仪器所得到的模型定标效果均良好,预测精度高,都可用于实际检测.NIRSystems 6500型近红外光谱仪的定标效果和稳定性优于InfraXact Lab型近红外光谱仪.     

微波消解—便携式钨丝电热原子吸收光谱仪测定天麻中的镉

采用微波消解—便携式钨丝电热原子吸收光谱仪,在优化条件下测定天麻中镉的含量,结果表明:进样10μL时,检出限为0.2μg/L;对5μg/L镉标准溶液进行5次连续测定的相对标准偏差为4.8%。该法测定结果与电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定的结果对照很接近,可以作为中药材中重金属含量检测的常规方法。     

近红外光谱仪测定东北民猪眼肌肌肉组分的研究

试验旨在探讨近红外仪光谱仪应用于测定猪眼肌肉质指标分析的可行性.利用TQ Analyst分析软件采用偏最小二乘回归(PLS)方法建立蛋白质、水分、粗脂肪和脂肪酸含量的定量检测模型.结果表明,蛋白质的相关系数达到0.98、SD/RMSEP达到3.9;水份的相关系数达到0.97、SD/RMSEP达到3.67;肌内脂肪的相关系数达到0.96、SD/RMSEP达到3.75;脂肪酸中C18:2相关系数达0.92、SD/RMSEP达到3.27,PUFA相关系数达0.92、SD/RMSEP达到3.65.结果表明,采用近红外光谱法能同时检测猪眼肌中蛋白质、水份、肌内脂肪和脂肪酸含量,检测误差小、结果准确可靠,与化学分析方法无明显差异且重现性好,可应用于猪眼肌肉组分指标快速定量检测.     

近红外光谱仪测定玉米子粒淀粉含量的研究

近红外光谱分析技术(Near infrared reflectance spectroscopy,简称NIRS)具有快速、简便、准确、环保、非破坏性、可同时测定样品多种营养成分的优点。本文利用德国布鲁克(BRUKER)公司研制的M ATRIX-1型近红外光谱分析仪,对2004年吉林省有一定种植面积的131份普通玉米杂交种粗淀粉含量进行测定。结果表明,吉林省推广的玉米杂交种平均粗淀粉含量为71.02%,变化幅度为65.89%～75.95%。     

用于植物营养诊断的几种便携式光谱仪应用比较

利用便携式光谱仪进行植物营养诊断主要是针对氮素营养。这主要是因为氮素是植物施用量最大的营养元素,是影响作物叶片叶绿素含量和作物长势比较敏感的元素。同时,在作物生育期内,氮素是以追肥的形式对作物进行补充的。由此可见,对作物氮素进行诊断具有实际应用价值。尽管化学诊断相对更加准确,但分析操作繁琐,工作量大,田间破坏性大,测定结果滞后。实     

一种便携式苹果糖度无损检测仪的研制

糖度是判断苹果质量好坏的一个重要参考标准,针对苹果糖度的检测问题,设计了一种以Cortex-A9为内核、以自研发的可见-近红外光谱仪(波长范围400~1 000 nm)作为光谱检测装置、以Linux为操作系统的便携式苹果糖度无损检测仪。以山东烟台的100个红富士苹果为材料,采集了漫透射检测方式下基于自收发光机构的苹果漫透射光谱曲线,结合化学计量学方法,对样本的全光谱曲线使用了平均法和Savitzky-Golay卷积平滑光谱预处理方法,将预处理后的光谱数据按波峰位置划分区间,并分别按照全光谱范围和所划分区间的波段范围建立PLS模型来预测苹果的糖度含量。结果表明,经预处理后的全光谱数据所建立的PLS模型预测效果最好,优于按波峰划分区间所建立的PLS模型,其校正相关系数为0.96、预测相关系数为0.87,校正均方根误差为0.31、预测均方根误差为0.34。同时对仪器工作时的预测稳定性进行了测试,测试结果得出检测精度可控制在±0.2 Brix以内,模型预测精度满足现场快速检测应用要求。     

便携式土壤电导率测试系统的开发

介绍了一种自行设计的，基于电流-电压四端法的便携式土壤电导率(EC)在线测试仪的开发情况。该测试仪包括土壤电导率传感器、控制与数据采集器和计算机应用软件等。传感器有4个电极，2个用于向土壤中输入恒流，另外2个用于检测与土壤电导率密切相关的电压降；控制与数据采集器把传感器产生的电压信号转换为数字信号，计算并显示电导率；计算机应用软件把接收到的数据存入Microsoft Access数据库。在实验室土槽内对该测试仪传感器的性能进行了测试，并与电导率仪测量结果进行了比较分析。结果表明，传感器输出电压与电导率仪测量值变化趋势一致，采用多种非线性数学模型对各组数据进行了曲线拟合，结果均在幂函数模型上获得最佳回归，测定系数(R^2)大于0．99。     

利用近红外光谱仪测定小麦品质指标曲线的准确性分析

对Perten公司和农业部品质监督检验测试中心(哈尔滨)提供测定小麦品质曲线的准确性进行了验证分析。结果显示:(1)应用Perten公司提供小麦曲线测试的小麦品质指标中粗蛋白和湿面筋预测值与化学法测定值相关性较高。(2)农业部品质监督检验测试中心(哈尔滨)提供的小麦曲线分析小麦品质性状中,粗蛋白、湿面筋及吸水率与化学法相关性较高。因此,利用近红外光谱仪分析小麦粗蛋白和湿面筋性状的结果,可以作为小麦品质育种的参考。     

便携式分光光度计快速测定水中氨氮方法研究

本文阐述了采用便携式分光光度计快速测定水质中氨氮含量的方法,结果表明:在0.01~2.0mg/L范围内,该方法具有较高的精密度和准确度,且线性关系好,分析速度快,结果可靠等优点,可应用于氨氮的水污染事故的应急检测分析。     

便携式农用无人机整体设计

本文介绍一种农用病虫害监测以及灾害损失评估的便携式无人侦察机。该无人机采用三段式折叠机翼,减少占地空间,便于携带,此外,该无人机具有一定的携带能力,可携带侦察监测设备对地面田间进监测。采用无人机对农田进行监测快速简单,可以节省大量的人力资源及时间。