基于近红外光谱技术的陈皮产地、年份和掺假的无损鉴别研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lialianing
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本论文基于近红外光谱技术结合化学计量学方法实现了陈皮产地、年份以及掺假的快速无损鉴别,采用单一及组合预处理方法对数据进行了优化,筛选得到最佳预处理方法;最后结合不同建模方法构建了不同产地、年份以及掺假陈皮的鉴别分析模型,同时考察了傅里叶台式近红外光谱仪和光栅型便携式近红外光谱仪模型的差异,主要研究成果和结论如下:1)基于近红外光谱技术结合化学计量学方法实现了对不同产地陈皮的无损鉴别。通过单一预处理及组合预处理方法对光谱进行优化,得到最佳预处理方法并结合主成分分析方法构建了陈皮产地的鉴别模型,考察了傅里叶台式近红外光谱仪和光栅型便携式近红外光谱仪对结果的影响。研究结果表明:(1)基于傅里叶台式近红外光谱仪采集的陈皮内囊光谱数据经标准正态变量变换、多元散射校正、一阶导数、二阶导数或连续小波变换预处理后,可获得最优鉴别结果,鉴别准确率为91.67%,通过最大最小归一化优化外壁光谱数据可获得最优鉴别结果,鉴别准确率为70.83%,而对于内囊数据,进一步采用组合预处理方法对光谱优化后可获得95.83%的最佳鉴别准确率,采用外壁数据可获得100%的准确鉴别;(2)基于光栅型便携式近红外光谱仪采集的陈皮内囊及外壁光谱数据经单一预处理优化后,采用内囊光谱数据结合去趋势预处理可获得最佳鉴别准确率(33.33%)。采用外壁光谱数据结合标准正态变量变换预处理可获得最佳鉴别准确率(58.73%)。然而,对于光栅型便携式近红外光谱获得的数据,最佳预处理方法结合主成分分析的策略无法实现对陈皮产地的准确鉴别分析。为此,本章节提出了数据组合的策略并结合优化预处理方法以鉴别准确率,结果表明该策略可显著提高鉴别准确率,组合数据经过最大最小归一化+连续小波变换+标准正态变量变换优化后可获得最佳鉴别准确率(95.24%)。2)采用近红外光谱技术结合化学计量学方法实现了不同年份陈皮的无损鉴别分析。结合光谱预处理方法对光谱进行优化以消除光谱中的背景和噪声干扰,进一步结合主成分分析、软独立模式分类法和Fisher线性判别分析方法等不同建模方法分别构建了不同年份陈皮的鉴别模型,考察了傅里叶台式近红外光谱仪和光栅型便携式近红外光谱仪对结果的影响。研究结果表明:(1)对于傅里叶近台式近红外光谱仪采集的光谱数据,采用预处理方法优化结合主成分分析的策略无法实现对陈皮年份的准确鉴别分析,将采集的陈皮内囊及外壁光谱数据以数据组合的方式结合Fisher线性判别分析的策略可显著提高鉴别准确率,基于原始光谱可获得91.4%的鉴别准确率,经预处理方法优化数据后,鉴别准确率得到了进一步的提高,组合数据采用二阶导数、连续小波变换和多元散射校正预处理后,结合Fisher线性判别分析,可获得100%鉴别率;(2)基于光栅型便携式近红外光谱仪采集的光谱数据,采用预处理方法优化结合主成分分析的策略无法实现对陈皮年份的鉴别,进一步结合软独立模式分类法和Fisher线性判别分析方法的显著提高鉴别准确率,其中Fisher线性判别分析方法得到的结果最优,外壁数据经最大最小归一化、一阶导数和连续小波变换等单一预处理,或一阶导数+去趋势、连续小波变换+多元散射校正等组合预处理方法优化后可获得最佳鉴别准确率(98%),内囊数据结合原始光谱可获得100%鉴别准确率。以上结果表明,采用近红外光谱仪结合合适的建模方法能有效实现对不同年份的鉴别分析。3)基于光栅型便携式近红外光谱技术结合化学计量学方法实现了掺假陈皮的准确鉴别分析。利用预处理方法消除了光谱中的背景及基线漂移干扰,结合主成分分析构建了掺假陈皮的鉴别模型。本研究以砂糖橘、沃柑、蜜橘、椪柑等不同柑橘果皮(假冒1-4)以及采用普洱茶浸泡(假冒5)和蒸煮(假冒6)的沃柑果皮作为假冒陈皮,同时以上述果皮的粉末状样品(假冒粉1-6)、豆浆粉(假冒粉7)、面粉(假冒粉8)及红薯粉(假冒粉9)为假冒陈皮粉,不同比例的上述粉末样品按照25%、50%及75%掺入量加入新会陈皮粉末中进行掺假,得到掺假样品1-9。利用主成分分析方法建立鉴别模型,考察不同预处理方法对结果的影响。实验结果表明:(1)仅采用原始光谱数据(内囊及外壁)结合主成分分析的策略无法实现对新会陈皮与假冒1-4样品的准确鉴别。采用预处理方法优化光谱数据可显著提高鉴别率,外壁数据经过去趋势、标准正态变量变换与多元散射校正优化后,实现了新会陈皮与假冒1-4样品100%的准确鉴别。采用内囊数据无法实现新会陈皮与假冒1-4样品的准确鉴别。采用原始光谱数据(内囊及外壁)即可实现新会陈皮与假冒样品6-7的100%鉴别;(2)对于粉末状样品的鉴别分析,采用原始光谱即可实现假冒粉1-4以及6-9样品与新会陈皮100%鉴别,而即使采用组合预处理方法依旧无法实现假冒粉5样品与新会陈皮的准确鉴别;(3)在掺假样品的鉴别实验中,采用优化预处理方法可实现掺假1-4以及6-9样品与新会陈皮粉末100%鉴别;而即使采用组合预处理方法依旧无法实现掺假5样品与新会陈皮的准确鉴别。以上结果表明,采用近红外光谱结合化学计量学方法能在一定程度上实现假冒以及掺假陈皮的准确鉴别分析。
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