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基于紫外-可见光谱国标Ⅰ级水净化系统的设计与实现

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光谱学与光谱分析 2019年第8期39卷 2382-2387页

作者：张恒之马洁贾文珅王纪华北京信息科技大学北京100192 北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 农产品产地环境监测北京市重点实验室北京100097

国家标准规定的Ⅰ级水是分析实验室常用的试验用水,为快速、准确的实现纯水水质分析,为分析实验室设备自动化、智能化提供科学依据,采用全波段(200~900 nm)紫外-可见光谱分析技术,设计了基于紫外-可见光谱国标Ⅰ级水净化系统(NSGI-WPS)... 详细信息

国家标准规定的Ⅰ级水是分析实验室常用的试验用水,为快速、准确的实现纯水水质分析,为分析实验室设备自动化、智能化提供科学依据,采用全波段(200~900 nm)紫外-可见光谱分析技术,设计了基于紫外-可见光谱国标Ⅰ级水净化系统(NSGI-WPS)。该系统以树莓派为核心控制器,光谱探测器、电导率传感器为采集模块,改良的硅钼蓝分光光度法为可溶性硅测定方法,实现了对分析实验室用水254 nm吸光度、电导率和可溶性硅含量的同时在线检测。在痕量硅含量的测定试验中,为了消除噪声干扰对试验的影响,系统采用Savitzky-Golay平滑去噪法对光谱进行预处理,通过窗口宽度和多项式次数的不同组合形式,获得了80组平滑后的光谱数据,将其分别与0.004, 0.006, 0.008, 0.010和0.012 mg·L^-1 硅标准溶液浓度进行一元线性回归分析后,得到单波长吸光度与硅标溶液浓度的相关光谱。试验结果表明,当窗口宽度为17,多项式次数为2时,相关光谱的特征峰宽度最宽,特征峰区间为796~824 nm,特征峰峰值所处波长与平滑后的显色溶液吸收光谱峰值波长一致。通过比较不同硅标准溶液的显色溶液吸收光谱分布,发现硅标液浓度与吸收光谱呈线性正相关,因此,试验选取812.638 nm为最优特征波长。为了建立可溶性硅含量与显色溶液吸光度的关系模型,以加入的硅标准溶液浓度为横坐标 x , 812.638 nm处显色溶液的吸光度为纵坐标y,绘制了其工作曲线,曲线的决定系数 R^2=0.999 6,表明了模型具有较强的拟合能力。此外,编写的NSGI-WPS系统管理软件实现了参数的实时处理和自动控制,对未达到分析实验室国标Ⅰ级水用水规格的纯水通过反渗透(RO)、连续电去离子技术(EDI)、混合床离子交换树脂和紫外光氧化等技术处理,实现了对纯水的严格控制。通过对比分析自来水、Ⅲ级水、Ⅱ级水在净化前后各参数变化,发现净化后各参数数值下降显著,其中,电导率最高下降幅度可达99.94%,各参数的相对平均偏差均小于2%。试验结果表明,基于紫外-可见光谱分析法的NSGI-WPS系统具有净化能力强、准确性高、鲁棒性好等优点,经过检测、分析和净化后的纯水满足分析实验室国标Ⅰ级水用水要求。本文为紫外-可见光谱分析法在纯水净化系统中的应用做出了探索性研究。

关键词：紫外-可见光谱 Ⅰ级水净化系统多参数

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太赫兹技术在农产品品质检测中的研究进展

光谱学与光谱分析 2019年第2期39卷 349-356页

作者：罗娜王冬王世芳韩平北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 农业部农产品质量安全风险评估实验室(北京) 北京100097

农产品质量安全日益受到关注。由于传统检测方法存在耗时长、操作复杂、消耗大量溶剂、成本高等问题,因而迫切需要开发快速无损检测技术。在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间的太赫兹波,因其所处波段的特殊性,使其具有了瞬态性、高穿... 详细信息

农产品质量安全日益受到关注。由于传统检测方法存在耗时长、操作复杂、消耗大量溶剂、成本高等问题,因而迫切需要开发快速无损检测技术。在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间的太赫兹波,因其所处波段的特殊性,使其具有了瞬态性、高穿透性、宽带性、相干性和低能性等一系列特性,太赫兹技术可以有效反映有机生物分子的结构和性质,作为物质"指纹"谱,该技术逐渐应用于有机生物分子的定性、定量分析,在近红外光谱、拉曼光谱、X射线等众多光谱类快速无损检测技术中成为一种极具竞争力的新兴检测技术。首先介绍了太赫兹波特点,太赫兹光谱及其成像技术原理;其次,在其基础上总结了太赫兹数据处理一般流程及其主要步骤中的常用分析方法,着重对定量、定性分析步骤中模型搭建方法、评估方法、评估指标进行了阐述;再次,讨论了近几年来太赫兹技术在农产品品质检测中的几个关键领域应用和研究进展,具体包括农药残留、抗生素、毒素等微量有害物质检测,掺假、转基因和外源异物的鉴别以及农产品内部营养成分含量预测等;最后,系统探讨了太赫兹技术在农产品品质检测领域尚需解决的问题,以此为导向总结需要进一步加强的研究方向,并对太赫兹技术在农产品品质领域未来发展作出展望。已有研究文献表明太赫兹技术在农产品品质检测领域的有效性。尤其,对非极性物质不敏感的特性,使其对已包装农产品的品质检测与评估具有得天独厚的优势。随着机器学习、强化学习等信息科学技术发展,一方面进一步加强太赫兹数据分析技术研究,通过数据自主学习,从数据角度揭示科学规律,构建精度更高、运算开销更小、实时性更强、泛化能力更好的分析模型;另一方面从分子振动理论出发,结合化学、物理学知识,研究太赫兹光谱特性的形成机理,并将获取的先验知识应用于分析模型的构建,通过数据与机理二者有机结合,提高太赫兹光谱分析软实力。未来硬件系统开发上以便携、低成本、灵敏度高为目标,最终实现太赫兹技术应用从实验室研究阶段逐渐走向商用工程化应用。

关键词：太赫兹光谱太赫兹成像农产品品质无损检测

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甜樱桃物流及气调箱贮藏期间的品质变化

果树学报 2014年第5期31卷 953-958页

作者：王宝刚李文生侯玉茹杨军军苗飞冯晓元北京市农林科学院林业果树研究所北京100093 北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097

【目的】探明甜樱桃物流及气调贮藏过程品质损耗情况。【方法】以‘雷尼’甜樱桃为试材,研究了预冷物流后气调处理对甜樱桃贮藏过程品质的影响。【结果】在12 h的常温物流运输过程中,5℃预冷处理可以保持果箱内中部温度维持在5~10℃,达... 详细信息

【目的】探明甜樱桃物流及气调贮藏过程品质损耗情况。【方法】以‘雷尼’甜樱桃为试材,研究了预冷物流后气调处理对甜樱桃贮藏过程品质的影响。【结果】在12 h的常温物流运输过程中,5℃预冷处理可以保持果箱内中部温度维持在5~10℃,达到了食品冷链物流的要求。在25℃货架3 d后,樱桃果实硬度、可滴定酸和抗坏血酸含量均有所下降,腐烂率为6.0%。贮藏过程中,10%CO2处理抑制了果实硬度、果柄拉力、可溶性固形物含量和可滴定酸含量的下降。0℃贮藏60 d时,10%CO2处理樱桃腐烂率低于1%,25℃货架3 d时,腐烂率低于10%。【结论】采后进行5℃预冷,贮藏期间进行10%CO2处理可以显著降低甜樱桃物流和贮藏过程品质损耗。

关键词：甜樱桃物流气调品质

融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据的方法对比

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红外与毫米波学报 2015年第1期34卷 92-99页

作者：石月婵杨贵军李鑫川宋健王纪华王锦地北京师范大学地理学与遥感科学学院北京100875 北京农业信息技术研究中心北京100097 河海大学地球科学与工程学院江苏南京210098 北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097

融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据具有重要的应用价值.对目前常用的3种时空融合方法进行对比分析,即基于时序数据(STIFM)、基于混合像元分解(STDFM)和增强型自适应遥感图像(ESTATFM)的时空融合方法.以盈科灌区为例,由多时相的MODI... 详细信息

融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据具有重要的应用价值.对目前常用的3种时空融合方法进行对比分析,即基于时序数据(STIFM)、基于混合像元分解(STDFM)和增强型自适应遥感图像(ESTATFM)的时空融合方法.以盈科灌区为例,由多时相的MODIS数据提取地物的时间变化信息,结合初期的ASTER/TM影像的空间信息,融合生成30 m具有MODIS时间分辨率的数据.以真实的ASTER数据为基准,从光谱特征和地物类别的角度定量评价结果,表明STDFM和ESTATFM分别在红波段和近红外波段取得效果最优,相关系数分别为0.91和0.71,3种方法融合的NDVI效果基本相当,相关系数均高于0.84.在地物类别空间信息的表达方面,ESTATFM方法在异质性较强的玉米和小麦区域具有较好的适用性.

关键词：多源遥感数据数据融合高时空分辨率混合像元分解

S/B和DS算法校正土壤水分对土壤有机质近红外光谱预测的影响（英文）

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光谱学与光谱分析 2019年第6期39卷 1986-1992页

作者：王世芳韩平宋海燕梁刚程旭北京农业质量标准与检测技术研究中心北京100097 山西农业大学工学院山西太谷030801 农产品产地环境监测北京市重点实验室北京100097

土壤水分对近红外光谱表现出强烈的吸收和对土壤有机质含量的预测造成干扰。研究选择41个样本作为校正集和9个样本作为预测集,所有样本做不同含水率(5%,10%,15%和17%)的处理。采用S/B和DS算法分别对预测结果和全光谱进行校正,消除土壤... 详细信息

土壤水分对近红外光谱表现出强烈的吸收和对土壤有机质含量的预测造成干扰。研究选择41个样本作为校正集和9个样本作为预测集,所有样本做不同含水率(5%,10%,15%和17%)的处理。采用S/B和DS算法分别对预测结果和全光谱进行校正,消除土壤水分的影响。结果得出预测结果偏差减小和模型预测性能得到改善,Rp高于0.89和RMSEP低于0.885%。研究表明S/B和DS算法能有效消除土壤水分的影响和提高土壤有机质预测的准确性。

关键词： S/B算法 DS算法土壤水分土壤有机质近红外光谱

胶体金免疫层析法高通量测定动物肌肉组织中多兽药残留

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南京农业大学学报 2024年第5期47卷 967-978页

作者：贾先春周嘉明智军海郝秋艳杨晓芳王玮南京农业大学食品科学技术学院/肉品质量控制与新资源创制全国重点实验室/国家肉品质量安全控制工程技术研究中心/农业农村部肉及肉制品质量检验测试中心(南京) 江苏南京210095 华测检测认证集团股份有限公司北京101102 新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州农产品质量安全检验检测中心新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州845350

[目的]本文旨在建立一种胶体金免疫层析技术高通量测定猪肉、鸡肉组织中8种磺胺类、3种四环素类、2种喹诺酮类和甲氧苄啶药物残留的方法。[方法]动物肌肉组织中磺胺类、四环素类、喹诺酮类和甲氧苄啶经磷酸缓冲液提取,并经含Tween 20的... 详细信息

[目的]本文旨在建立一种胶体金免疫层析技术高通量测定猪肉、鸡肉组织中8种磺胺类、3种四环素类、2种喹诺酮类和甲氧苄啶药物残留的方法。[方法]动物肌肉组织中磺胺类、四环素类、喹诺酮类和甲氧苄啶经磷酸缓冲液提取,并经含Tween 20的磷酸缓冲液稀释后,与胶体金标记的单克隆抗体结合,抑制抗体与硝酸纤维素膜检测线(T线)上的抗原结合,从而导致T线颜色变化。通过比较T线和质控线(C线)颜色深浅,对试样中多兽药残留进行定性判定。[结果]本试验优化了pH值、抗体添加量、抗原包被量、Tween 20添加量和冻干保护剂种类等关键因素,磺胺类、四环素类、喹诺酮类和甲氧苄啶等药物的检出限分别为50、100、50、35μg·kg^(-1),灵敏度≥97%,假阳性率≤2%,假阴性率≤3%,且与现有标准方法检测结果一致。[结论]该方法操作简便,灵敏度和准确度高,检测时间短且稳定性好,可用于动物肌肉组织中多兽药残留的高通量快速检测。

关键词：多兽药残留动物肌肉组织胶体金免疫层析法(GICA) 高通量检测

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全透射近红外光谱的苹果整果糖度在线检测模型优化

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光谱学与光谱分析 2022年第6期42卷 1907-1914页

作者：田喜陈立平王庆艳李江波杨一樊书祥黄文倩中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

光谱质量、样本个体差异、检测系统和建模算法等多种因素共同决定水果糖度检测模型的预测精度和稳定性。采用自主研发的短积分全透射近红外在线检测系统以5 ms积分时间和0.5 m·s^(-1)运行速度在线获取了“富士”苹果全透射光谱信号。... 详细信息

光谱质量、样本个体差异、检测系统和建模算法等多种因素共同决定水果糖度检测模型的预测精度和稳定性。采用自主研发的短积分全透射近红外在线检测系统以5 ms积分时间和0.5 m·s^(-1)运行速度在线获取了“富士”苹果全透射光谱信号。不同姿态获取的透射光谱强度差异明显,但曲线走势相近,均在920 nm波段具有最大的光谱强度,在850 nm波段存在波谷。采用移动平均平滑、标准正态变量变换和多元散射校正等预处理方法有效去除原始光谱的随机噪声和基线偏差,减小了样本检测姿态引起的光谱差异。为分析不同检测姿态对苹果整果糖度预测模型的影响,构建了单一姿态局限模型和多姿态通用模型,结果表明基于全位点平均透射光谱构建的单一姿态局限模型对检测姿态具有很大的局限性,而多姿态通用模型预测能力较单一检测姿态相当,但却对不同的检测姿态具有更强的适用能力。为进一步提高光谱信号质量,优化模型预测能力,采用信号强度阈值优选方法实现了苹果整果糖度预测模型优化,发现移除中央位点获取的透射光谱信号,有利于提高苹果整果糖度预测模型精度。多姿态通用信号强度优化模型综合考虑不同姿态获取的光谱信息有效性,有效提升了通用信号强度优化模型的预测能力和稳定性,当多姿态通用模型中信号强度阈值为5000时,模型预测性能最佳,其预测参数R_(p),RMSEP和RPD分别为0.79,0.84%和1.58。表明短积分全透射近红外在线检测系统用于不同姿态苹果糖度预测是可行的,多姿态通用模型的建立,扩大了模型在不同姿态的预测稳健性,短积分光谱采集方式结合信号强度阈值优选方法提升了光谱信号的质量和模型的预测能力。

关键词：在线检测全透射光谱通用模型苹果糖度

土壤养分的红外衰减全反射与漫反射光谱同步测量方法

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光谱学与光谱分析 2017年第11期37卷 3557-3561页

作者：陈晨李志伟董大明山西农业大学山西太谷030801 北京农业智能装备技术研究中心北京市农林科学院北京100097

光谱学分析技术因具有快速、实时、无损等优势,被广泛用于土壤养分检测等各个领域,也是现代农业检测控制中广泛应用的一种有效方法。实验采集不同养分含量的土壤样本,分别获取中红外衰减全反射(ATR)和漫反射(DRIFT)光谱数据。通过不同... 详细信息

光谱学分析技术因具有快速、实时、无损等优势,被广泛用于土壤养分检测等各个领域,也是现代农业检测控制中广泛应用的一种有效方法。实验采集不同养分含量的土壤样本,分别获取中红外衰减全反射(ATR)和漫反射(DRIFT)光谱数据。通过不同的光谱预处理算法结合偏最小二乘法(PLS)建立土壤中全碳、全氮、碱解氮的定量分析模型,对土壤养分的ATR和DRIFT光谱分别进行独立模型和叠加模型的分析。并以土壤养分中的全碳和全氮为例,发现经过标准正态变量变换处理的两种光谱建立的PLS模型相关系数均有所提高。全碳的两种光谱模型校正集的R^2分别提高至0.826和0.919,而全氮两种模型校正集R2分别提高至0.841和0.928。我们进一步对全碳、全氮各自叠加后的光谱进行分析,模型的R^2分别提高至0.942和0.951。用同样的方法分析土壤中的碱解氮,联用两光谱后的R^2提高至0.919。研究结果表明,两种光谱的联合使用,为提高模型的相关系数和预测能力提供了一种合理有效的方法。

关键词：衰减全反射漫反射土壤养分红外光谱

光致劣变大米的无损判别及不同遮挡方式有效性研究

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食品安全质量检测学报 2023年第21期14卷 299-306页

作者：王冬栾云霞马智宏王刘庆北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所北京100097

目的基于线性渐变分光便携式近红外光谱仪,建立光致劣变大米无损判别模型,并评估不同遮挡方式对大米光致劣变的预防效果。方法以北方粳米、南方粳米、籼米、糯米、紫米、黑米为研究对象,分别各采用直接暴露于紫外光下、纸遮挡、白布遮... 详细信息

目的基于线性渐变分光便携式近红外光谱仪,建立光致劣变大米无损判别模型,并评估不同遮挡方式对大米光致劣变的预防效果。方法以北方粳米、南方粳米、籼米、糯米、紫米、黑米为研究对象,分别各采用直接暴露于紫外光下、纸遮挡、白布遮挡、红布遮挡、玻璃遮挡、聚乙烯塑料遮挡方式制备实验组样品。采用线性渐变分光便携式近红外光谱仪采集大米样品近红外光谱。首先对6种大米分别建立单品种大米的光致劣变判别分析模型并优化数据预处理和光谱波段;然后将6种大米合并一起建立判别模型;最后采用优化模型预测各种遮挡的大米样品,以评估不同遮挡方式对大米光致劣变的预防效果。结果基于全谱数据的标准正态变量结合去趋势校正预处理,所建判别模型的效果最佳,6种大米判别模型的马修斯相关系数皆达到100.0%;而将6种大米一起建立判别模型,所建模型的预测性能有所下降。对每种大米采用各自优化模型对不同遮挡方式的实验组样品进行预测的结果表明,玻璃遮挡、聚乙烯塑料遮挡对大米光致劣变的预防有效率在97.0%以上,而纸遮挡、白布遮挡、红布遮挡在大米光致劣变的预防方面效果甚微。结论基于近红外技术建立单品种大米光致劣变无损判别模型具有较高的预测准确度,采用玻璃、聚乙烯塑料遮挡可有效防止大米发生光致劣变。

关键词：光致劣变近红外光谱判别分析大米遮挡方式