PDF《便携式近红外光谱分析仪的研制及应用》

2 化学计量学软件 图3控制软件流程图 化学计量 学软件负责建 立化学计量学 模型 ,将待测物 光谱及性质数 据关联起来 ,一 般包括校正模 型的建立和未 知样品的预测 等功能. 图4为化学计量学软件 流程 图.校正模型的建立通常包括光谱数据的预处理、 光谱区间和其它参 数的选择以及模型的验证.校正功能的完善与否直接影响模 型分析结果的准确性.样品的预测是在校正模型的基础上实 现的 ,通过调用模型文件中的控制参数和校正模型对未知样 品光谱进行计算 ,获得样品性质预测结果. 图4化学计量学软件流程图

2 仪器性能测试 对研制仪器的主要性能作了系统的测试 ,获得光谱范围、 波长准确性和重复性、 光谱分辨率、 杂散光、 吸光度噪音等性 能指标参数.测试结果如表

1 所示.测试数据显示所研仪器 性能稳定 ,已经达到国际同类仪器水平. 表1光谱分析仪的主要性能参数 性能参数 实测数据 波长范围

600 - 1100nma 波长准确度 ± 0. 04nm 波长重复性 ± 0. 01nm 光谱分辨率 <

5. 0nm 杂散光 <

0.

10 % 吸光度线性斜率 0.

997 ,截距 0.

0179 波长温漂 <

0. 01nm/ ℃ 吸光度噪声 RMS <

2.

0 *

10 -

4 (低透过率) RMS <

1.

0 *

10 -

4 (高透过率) 仪器尺寸 320mm * 260mm * 120mm 仪器重量 <

5kg 电池持续电力 >

10h a 波长范围可扩展至

600 ― 2500nm.

3 应用分析 为了验证仪器的现场应用能力 ,使用研制的便携式分析 仪无损测量获取

53 个陕西和山东产的红富士苹果样本的近

7 6 增刊 叶华俊 ,等: 便携式近红外光谱分析仪的研制及应用 红外光谱数据 ,用于测定苹果的糖度.图5为苹果样本光谱. 图5苹果样本近红外光谱 随机选取40 个样本数据,对光谱数据 进行预处理 (在 这里进行均值 中心化、 平滑和 一阶导数操作),选取800 ― 1000nm 波段光谱 ,使用 偏最小二乘(PLS) 算法建图6苹果糖度的化学值 与预测值的相关性 立校正模型. 将校正模型和 控制参数(预处 理参数和选择 光谱区间参数) 传入仪器 ,并对 剩下的

13 个验 证样本进行预 测 ,结果如图

6 所示.可见预测结果较好 ,其 中校正和验证 相关系数分别为 Rc = 0.

987 和Rv = 0.

979 ,校正标准偏差和 验证集预测标准偏差分别为 SEC = 0.

266 和SEV = 0. 309. 结果说明仪器具有较强的现场应用能力.

4 结论研制的便携式近红外光谱分析仪性能稳定 、 成本低廉、 操 作简便、 体积小、 抗震、 维护方便等优点 ,易于实现仪器的商品 化、 市场化 ,使用不同附件就很方便地应用于不同领域 ,较好 地满足了野外与现场分析的迫切需要.该分析仪已成功应用 于果品、 饲料等领域 ,取得了较好的应用效果 ,并有较大的应 用前景. 参考文献 : [1] 陆婉珍. 现代近红外光谱分析技术 (第二版) [ M ]. 北京 :中国石 化出版社 , 2007. [2] Du Y P , Liang Y Z ,et al. Spectral regions selection to improve pre2 diction ability of PLS models by changeable size moving window par2 tial least squares and searching combination moving window partial least squares [J ]. Analytica Chimica Acta ,

2004 ,

501 (2) :

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