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基于光谱及成像技术的种子品质无损速测研究进展

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光谱学与光谱分析 2021年第1期41卷 52-59页

作者：王冬王坤吴静珠韩平北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048 农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(北京) 北京100097

种子是农业生产过程的重要生产资料。种子质量评价、活力与老化检测、纯度与真伪鉴别、分类与溯源研究是种子品质检测中的常见问题。种子质量主要包含种子含水率、蛋白含量、脂肪酸含量、淀粉含量等,是种子品质分级的重要指标,并且关系... 详细信息

种子是农业生产过程的重要生产资料。种子质量评价、活力与老化检测、纯度与真伪鉴别、分类与溯源研究是种子品质检测中的常见问题。种子质量主要包含种子含水率、蛋白含量、脂肪酸含量、淀粉含量等,是种子品质分级的重要指标,并且关系到种子存储过程的安全问题。种子活力是种子发芽和出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和;高活力种子具有明显的生长优势和生产潜力。种子老化是指种子活力的自然衰退,表现为种子变色、发芽率低、生长势差、作物减产。种子的纯度与真伪则会影响作物产量和农产品品质;而种子分类与溯源则是保证种子纯度与鉴别种子真伪的重要方法,进而为作物产量与产品品质提供保障。对于种子品质分析,传统方法通常需要对样品做不可逆的破坏性分析,且分析时间长、过程复杂,难以适应现代农业对种子生产环节的需要。因此,开展种子品质无损快速检测技术研究成为当前亟待解决的问题。近年来,随着化学计量学的发展和计算机技术的进步,近红外光谱法以其快速、无损、高效等优势,在农产品、食品、农业投入品等的无损快速分析方面得以广泛的应用。进一步地,将光谱技术与成像技术相结合,高光谱成像技术近年来日益兴起,相比较于传统的光谱技术,高光谱成像技术在获得待测样品的光谱信息的同时,还可以获取样品的空间分布信息以及图像特征。基于近红外光谱及高光谱成像等无损快速检测技术,从种子质量评价、活力与老化检测、纯度与真伪鉴别、分类与溯源研究四方面对近年来关于种子品质无损快速检测文献进行综述。在分析不同检测技术特点的基础上,分别就上述种子品质检测方面的问题加以整理。进而对种子品质无损快速检测的技术特点进行了总结与展望。

关键词：种子近红外光谱高光谱成像无损检测

光谱关键变量筛选在农产品及食品品质无损检测中的应用进展

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光谱学与光谱分析 2021年第5期41卷 1593-1601页

作者：王冬吴静珠韩平王坤北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048 农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(北京) 北京100097

农产品及食品的品质与安全一直以来都是人们关注的焦点,不仅关系着人们的身体健康,而且关系着社会稳定甚至国家安全。由于农产品及食品的品质不合格引发的安全事件备受社会各界的广泛关注。对农产品及食品的品质的监管长久以来都是分析... 详细信息

农产品及食品的品质与安全一直以来都是人们关注的焦点,不仅关系着人们的身体健康,而且关系着社会稳定甚至国家安全。由于农产品及食品的品质不合格引发的安全事件备受社会各界的广泛关注。对农产品及食品的品质的监管长久以来都是分析检测领域的重点和难点。我国人口众多,对农产品和食品的消费量非常大。面对如此大量农产品及食品品质的无损快速检测需求,光谱法以其快速、无损、高效、环境友好、可现场检测等诸多特点,为农产品及食品品质的无损快速分析提供了良好的解决方案。然而,传统的光谱法在检测过程中所使用的数据量十分庞大,不仅在建立校正模型过程中会消耗大量时间,而且难以完成大量农产品及食品的品质在线高通量无损快速检测。大量数据的计算成为限制光谱类分析仪器工作效率的主要瓶颈之一,并且大量数据的计算对仪器设备的硬件配置也提出了非常高的要求,从而间接地提高了光谱分析技术的应用成本。近年来,关键变量筛选技术脱颖而出,并成为光谱分析的一个新热点。通过筛选,采用少量关键变量建立校正模型即可得到和全谱数据建模准确度相差无几的分析结果,从而可以有效提高分析仪器的工作效率并间接地降低光谱分析技术的应用成本,进而为农产品及食品品质的高通量检测提供了可靠的技术支持、为满足人民日益增长的美好生活需要提供科技保障。针对光谱关键变量筛选在粮食及粮食作物、蔬菜、水果、经济作物、肉类、食品品质与安全领域的无损检测应用进行综述,对光谱关键变量筛选技术的应用从筛选方法、应用范围、应用效果等方面进行了分类总结归纳,并就光谱关键变量筛选技术在农产品及食品品质无损检测中的应用从变量筛选方法特点及趋势、所选变量的稳定性和可靠性、所选变量的实际意义等方面进行了展望。

关键词：光谱分析关键变量筛选无损检测农产品品质食品品质与安全

太赫兹光谱技术快速识别与检测大米中沙蚕毒素类农药残留

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中国食品学报 2022年第9期22卷 217-225页

作者：张瑛吴静珠刘慧琳北京工商大学食品与健康学院北京100048 北京工商大学计算机与信息工程学院食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048

建立透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合主成分分析(PCA)对大米中3种沙蚕毒素类农药(杀螟丹、杀虫磺和杀虫单)残留进行快速识别和检测。基于聚乙烯为基质获取杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz特征吸收峰,进行物质识别和定量分析。以大... 详细信息

建立透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合主成分分析(PCA)对大米中3种沙蚕毒素类农药(杀螟丹、杀虫磺和杀虫单)残留进行快速识别和检测。基于聚乙烯为基质获取杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz特征吸收峰,进行物质识别和定量分析。以大米为基质,分别添加杀螟丹、杀虫磺和杀虫单,借助PCA分析进行检测和识别。结果表明,杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz吸收谱图中存在特征吸收峰(1.95,1.19,1.70 THz),为物质识别提供了依据。在0.002%~16.667%范围,1.95,1.19,1.70 THz处特征峰吸收值与质量分数具有良好的线性关系,相关系数均高于0.9599。以大米粉为基质,PCA分析实现了对0.002%~16.667%添加范围THz吸收谱的完全区分以及0.002%低质量分数添加下3种沙蚕毒素类农药的识别。透射式THz-TDS技术可实现农产品中沙蚕毒素类农药残留的快速识别与检测,试验结果为该技术在农产品中农药残留的检测提供了试验依据。

关键词：大米太赫兹光谱技术沙蚕毒素类农药残留食品安全主成分分析

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近红外光谱建模异常样品剔除准则与方法

农业机械学报 2004年第4期35卷 115-119页

作者：祝诗平王一鸣张小超吴静珠西南农业大学工程技术学院中国农业大学信息与电气工程学院中国农业机械化科学研究院

介绍了近红外光谱 PCR/PL S建模时 ,训练集中异常样品的危害 ,以及剔除异常样品常用的基于预测浓度残差准则。针对剔除异常样品的“一审”法具有将非异常样品错误地当作异常样品的局限性 ,提出了一种“二审”法 ,采用“回收”算子 ,使... 详细信息

介绍了近红外光谱 PCR/PL S建模时 ,训练集中异常样品的危害 ,以及剔除异常样品常用的基于预测浓度残差准则。针对剔除异常样品的“一审”法具有将非异常样品错误地当作异常样品的局限性 ,提出了一种“二审”法 ,采用“回收”算子 ,使最终模型保留了更多的样品 ,使模型更具有代表性和稳定性 ,进一步提高通过近红外光谱模型进行农产品品质检测的精度。

关键词：近红外光谱模型异常样品剔除准则剔除方法农产品品质检测主成分回归偏最小二乘法

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基于遗传算法的近红外光谱谱区选择方法

农业机械学报 2004年第5期35卷 152-156页

作者：祝诗平王一鸣张小超吴静珠西南农业大学工程技术学院中国农业大学信息与电气工程学院中国农业机械化科学研究院

针对以每个波长一个染色体基因的 WSGA方法在波长数目较大时搜索空间太大的问题 ,提出了基于遗传算法的近红外光谱谱区选择方法 (RSGA ) ,把全部谱区平均分为多个子区间 ,各子区间的所有不同组合构成搜索空间 ,使用 R/(1+δ)最大作为优... 详细信息

针对以每个波长一个染色体基因的 WSGA方法在波长数目较大时搜索空间太大的问题 ,提出了基于遗传算法的近红外光谱谱区选择方法 (RSGA ) ,把全部谱区平均分为多个子区间 ,各子区间的所有不同组合构成搜索空间 ,使用 R/(1+δ)最大作为优化目标 ,使用遗传算法寻找一个最佳子区间组合 ,作为最后参与建模的光谱谱区。计算实例表明 :经 RSGA优化选择谱区后 ,不仅波长点数减少 ,而且 PL S L OO CV预测值与标准值的相关系数 R得以提高 ,交叉检验预测均方差得以减少 ,从而可以减小建模运算时间 ,剔除噪声过大的谱区 ,使最终建立的农产品品质检测近红外光谱模型的预测能力和精度更高。

关键词：遗传算法近红外光谱谱区选择染色体基因

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高光谱技术检测单籽粒小麦粗蛋白含量探索

红外与激光工程 2016年第B05期45卷 127-131页

作者：吴静珠刘倩陈岩刘翠玲北京工商大学计算机与信息工程学院食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048

小麦蛋白质含量的性状遗传力较高,通过选择蛋白质含量高的籽粒母本可以达到优质育种的预期效果。研究采用高光谱成像技术结合化学计量学方法建立多籽粒小麦粗蛋白平均模型来实现单籽粒小麦粗蛋白含量的快速预测。实验采集47份小麦样本(... 详细信息

小麦蛋白质含量的性状遗传力较高,通过选择蛋白质含量高的籽粒母本可以达到优质育种的预期效果。研究采用高光谱成像技术结合化学计量学方法建立多籽粒小麦粗蛋白平均模型来实现单籽粒小麦粗蛋白含量的快速预测。实验采集47份小麦样本(每份100粒)的高光谱图像并提取平均光谱信息,通过联合区间偏最小二乘法筛选特征变量优化建立多籽粒小麦粗蛋白平均模型。模型的相关系数为0.94,预测均方根误差为0.28%,相对分析误差为3.30。通过图像处理提取出待测单籽粒小麦的高光谱图像,应用平均模型预测单籽粒小麦在每个空间像素点的粗蛋白,取其平均值作为该粒麦种的最终粗蛋白含量。经验证,应用上述模型预测同一组样本的单籽粒小麦时,不同籽粒的小麦粗蛋白含量确实存在差异,但蛋白含量均围绕其所在样本的平均值浮动,因此反映出采用平均模型预测单籽粒小麦蛋白的准确性和基本可行性。该方法的研究可以为小麦育种过程中高蛋白籽粒麦种的优选提供一种新思路,推动小麦优质育种的发展。

关键词：高光谱图像联合区间偏最小二乘法单籽粒小麦粗蛋白育种

近紫外-可见-短波近红外多光谱成像数据的糯玉米种子热损伤粒的无损快速鉴别

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光谱学与光谱分析 2021年第9期41卷 2696-2702页

作者：王冬韩平吴静珠赵丽丽徐恒北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 全国生态环保优质农业投入品评价技术机构(CAQS-TRP-004) 北京100097 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048 北京博普特科技有限公司北京100193

为对糯玉米种子热损伤粒进行无损快速鉴别并探索热损伤过程对糯玉米种子的影响,以糯玉米种子“京科糯2000”为例,用Videometer近紫外-可见-短波近红外多光谱成像仪分别以胚面向上和胚面向下方式采集糯玉米种子对照组及热损伤组多光谱成... 详细信息

为对糯玉米种子热损伤粒进行无损快速鉴别并探索热损伤过程对糯玉米种子的影响,以糯玉米种子“京科糯2000”为例,用Videometer近紫外-可见-短波近红外多光谱成像仪分别以胚面向上和胚面向下方式采集糯玉米种子对照组及热损伤组多光谱成像数据,分别提取胚面向上胚部、胚面向上胚乳部、胚面向下胚乳部单点多光谱数据,并对胚面向上胚部和胚面向上胚乳部多光谱数据做初级融合;对多光谱数据进行基线校正预处理后计算各光谱数据样本标准差,进而通过光谱数据样本标准差的变化分析热损伤对糯玉米种子各部位的影响;基于多光谱数据采用偏最小二乘-判别分析算法建立糯玉米种子热损伤粒无损鉴别模型,对所建模型进行全交互验证,并与近红外光谱数据模型比较。结果表明,热损伤对糯玉米种子胚、胚乳有不同的影响,多光谱数据和近红外光谱数据表现出一致的变化趋势。采用多光谱数据建立热损伤粒鉴别模型,各模型前3主成分得分3D散点图中,对照组和热损伤组样品表现出一定的分离趋势,校正数据正确率在96%~100%之间,交互验证数据正确率在92%~100%之间,其中,糯玉米种子胚面向上胚部光谱和胚乳部光谱初级融合数据建模效果最好,校正数据正确率100%,交互验证数据正确率在98%~100%之间。作为对比,采用近红外光谱数据建立糯玉米种子热损伤粒偏最小二乘-判别分析模型,胚面向上、胚面向下以及二者初级融合数据模型的前3主成分得分3D散点图中,对照组和热损伤组样品表现出较好的分离趋势,各模型校正数据、交互验证数据正确率皆为100%。本研究表明,采用近紫外-可见-短波近红外多光谱成像对糯玉米种子的热损伤粒进行无损快速识别具有较好的可行性,多光谱成像数据各变量样本标准差和近红外光谱数据各变量样本标准差呈现一致的规律;采用胚和胚乳融合多光谱数据所建模型在各模型中具有更高的正确率。

关键词：多光谱成像数据融合近红外光谱热损伤粒糯玉米种子

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温通散寒益肾法治疗慢性腰痛的临床疗效观察

温通散寒益肾法治疗慢性腰痛的临床疗效观察

作者：吴静珠南京中医药大学

学位级别：硕士

[目的]研究温通散寒益肾法辨治慢性腰痛,以基本病机—寒湿凝滞、肾阳虚亏为着眼点,确立温通散寒益肾为基本治法。选择符合此病机的慢性腰痛的患者,选用温通散寒益肾基本方治疗符合此病机的慢性腰痛患者,并与西药止痛治疗方案组对比观察... 详细信息

[目的]研究温通散寒益肾法辨治慢性腰痛,以基本病机—寒湿凝滞、肾阳虚亏为着眼点,确立温通散寒益肾为基本治法。选择符合此病机的慢性腰痛的患者,选用温通散寒益肾基本方治疗符合此病机的慢性腰痛患者,并与西药止痛治疗方案组对比观察,客观地评价疗效,进一步观察温通散寒益肾法治疗慢性腰痛的疗效及规律。[方法]本课题的研究方法为病例对照,在门诊选取符合“寒湿凝滞,肾阳虚亏”病机的慢性腰痛患者60例,治疗组(温通散寒益肾方案组)30例,对照组(西药止痛方案组)30例。治疗组给予中药汤剂治疗,水煎服,对照组给予西医止痛药治疗,观察4个星期。(1)主要观察内容：腰部疼痛、腰部压痛、功能障碍、下肢疼痛或麻木;(2)主要及相关次要中医症状变化以及舌脉变化。[结果]临床研究显示,在中医证候积分方面,治疗结束后治疗组临床证候显效9例,有效17例,无效4例;而对照组的临床证候显效仅有3例,有效8例,无效19例,治疗组总有效率与对照组比较有显著性差异(P0.05);临床治愈情况的比较：治疗组痊愈6例,显效13例,有效10例,无效1例,总有效率达到96.7%;对照组痊愈1例,显效6例,有效11例,无效12例,总有效率仅60%,治疗组与对照组总有效率有显著差异。[结论]1.用温通散寒益肾法指导的的中药治疗方案与西药治疗方案相比,此方可以较好地改善慢性腰痛患者的临床症状,尤其在改善患者腰痛、功能障碍、下肢痛麻等主要症状、体征及体虚乏力、少气懒言、恶寒、食少纳差等次要的临床症状、体征方面。2.能更好地改善患者的生存质量,提高患者的生活水平,中医辨证论治具有绝对优势。

关键词：慢性腰痛温通散寒益肾寒湿凝滞肾阳虚亏疗效评价临床研究

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用近红外光谱检测牛奶中的三聚氰胺

红外与毫米波学报 2010年第1期29卷 53-56页

作者：徐云王一鸣吴静珠张小超中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 北京工商大学信息工程学院北京100037 中国农业机械化科学研究院北京100083

研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波... 详细信息

研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波长选择及模型优化方法建立的检测三聚氰胺的近红外定量分析模型具有较好的稳定性和预测能力.结果表明,近红外光谱分析是一种快速、方便和环保的检测乳制品中三聚氰胺的新方法.

关键词：近红外光谱三聚氰胺定性分析定量分析