基于THz-TDS技术的多种农药定量分析方法研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghchao0605
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农药具有预防农作物病虫害的能力,在现代农业中发挥着重要作用。随着农药的大规模使用,农药残留引发的食品安全问题日益突出。在农作物生长的不同阶段,生产者混合使用多种农药,导致农产品上存在多种农药成分残留。因此,迫切需要开展对多种农药和食品基质混合物的定量分析研究。太赫兹(Terahertz,THz)光谱作为近年来不断发展的新型光谱技术,能够便捷、无损、有效地探测材料的物理及化学信息,在检测领域引起广泛关注。本文基于太赫兹时域光谱(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术,分别利用化学计量学方法、Voigt拟合结合偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)方法,对面粉基质中吡虫啉和多菌灵的定量分析方法进行深入研究。主要研究内容总结如下:1、农药THz吸收光谱分析及吸收光谱基线校正方法研究。分析吡虫啉、多菌灵的纯物质吸收光谱及两种农药和面粉混合物的吸收光谱,并对吸收光谱基线校正方法进行研究。本文采用基于非对称最小二乘平滑的多光谱基线校正(Multiple Spectra Baseline Correction,MSBC)方法校正基线。结果表明,该算法可有效消除光谱上的散射效应并提高太赫兹光谱的信噪比,提高了模型预测精确度。2、基于THz-TDS技术结合化学计量学方法对吡虫啉、多菌灵与面粉基质的混合物进行定量检测研究。基于PLS、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)及PCA-SVM方法构建回归模型,建立样品吸收光谱和浓度的关系。通过交叉验证对模型进行优化,根据均方根误差(RMSE)和相关系数(R)评估模型性能。最后,对4种模型的预测结果进行比较和分析。结果表明,利用化学计量学方法结合THz-TDS技术可对面粉基质中多种农药成分同时进行快速定量分析。3、基于Voigt拟合结合PLS方法对面粉基质中多种农药同时进行定量分析。首先,采用MSBC方法对混合物光谱进行基线校正,并利用Voigt函数对校正后的光谱进行拟合。然后,将样本分为校准集和预测集,并利用校准集建立模型,进而对预测集进行定量分析。在不同校准集情况下,分别将校正光谱和Voigt拟合光谱作为PLS模型的输入,预测样品中吡虫啉和多菌灵的浓度。最后,对Voigt拟合结合PLS方法的预测结果与单独使用PLS方法的预测结果进行比较。结果表明,当校准集为小样本时,Voigt拟合结合PLS方法得到了较好的预测结果。该论文有图42幅,表7个,参考文献106篇。
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