[發明專利]一種基于可見近紅外光譜技術的浸入式藻種鑒別方法

在審

• 申請號: 201410422441.0
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104198409A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 邵詠妮;潘健;朱紅艷;蔣林軍;何勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及藻種分類檢測技術領域，尤其涉及一種基于可見近紅外光譜技術的浸入式藻種分類識別方法。

背景技術

微藻(Microalgae)是一類系統發生各異、個體較小、通常為單細胞或群體的、能進行光合作用(少部分為異養生長)的水生(或陸生、氣生、共生)低等植物。它是能夠進行光合作用的微生物，可以利用陽光、水和CO2合成自身所需要的物質。目前，對藻類的識別分類及其生化分析已經成為海洋生物學的研究熱點之一。微藻種類很多，目前全球范圍已知的微藻有兩萬余種，占全部藻類品種的70％。

傳統的微藻鑒定方法主要依賴于顯微鏡對微藻形態結構的觀察和一些藻體所固有的生理生化特性。通過顯微鏡的放大作用，有許多的形態特征被用于微藻的鑒定及分類。但是對于許多小型、微型的藻類，形態鑒定顯得非常困難，而且不準確。

為實現對活體生物的無損檢測，公開號為CN?103411952?A的專利文獻提供了一種基于拉曼光譜技術的藻種分類識別方法，以及公開號為CN103499560A的專利文獻提供了一種結合拉曼光譜技術和譜峰比值法的藻種鑒別方法，上述兩篇文獻均結合光譜技術，實現藻類的快速鑒別。

可見近紅外光譜法是近年來迅速發展起來的分析檢測方法，可充分利用全譜段或多波長下的光譜數據進行定性或定量分析。與傳統的分析化學方法相比，可見近紅外光譜法具有分析速度快、效率高、成本低、無損傷、無污染等特點，已經廣泛應用于各個領域。目前，國內外利用光譜技術進行藻種鑒別的研究還很少，近年來出于方法的快速、簡單和活體生物無損監測的需求，研究光譜技術在藻種鑒別方面的可行性顯得尤為必要。

發明內容

本發明提供了一種可見近紅外光譜技術的浸入式藻種鑒別方法，解決了現有檢測方法檢出率低，相對繁瑣、耗時、耗力的問題。

一種基于可見近紅外光譜技術的浸入式藻種鑒別方法，包括步驟：

(1)取單一藻種且濃度不同的多個活體藻液樣本，采集各活體藻液樣本的原位透射光譜信號；

(2)更換藻種，重復操作步驟(1)，獲得不同藻種的活體藻液樣本的原位透射光譜信號；

(3)對步驟(1)和步驟(2)中的原位透射光譜信號預處理，得到預處理譜圖，并采用連續投影算法(SPA)提取預處理譜圖中的有效波長(EWs)；

(4)以有效波長對應的透射率值作為輸入值，藻種類別作為輸出，采用極限學習機(ELM)建立藻種類別判定模型；

(5)取待鑒別的活體藻液，通過步驟(1)和步驟(3)的處理，獲得待鑒別的活體藻液的所述有效波長，用該有效波長對應的透射率值輸入所述的藻種類別判定模型，得到所述待鑒別的活體藻液中所包含的藻種分類。

在步驟(1)和步驟(2)中，采集所述原位透射光譜信號的設備包括光纖光譜儀和連接光纖光譜儀的Y形光纖，所述Y形光纖的一端連接有光纖探針。具體采用的是便攜式USB4000微型光纖光譜儀，光纖探針可以浸入藻液體內至任意深度，所述光纖探針的光程為5mm。

為了去除光譜信號中存在的噪聲和譜線平移等干擾，提高信號的信噪比，最大限度地挖掘光譜曲線的有效信息，提高模型的檢測精度和穩定度，需要采取光譜預處理方法在建模前對原始光譜數據進行預處理，步驟(3)中的預處理包括依次進行平滑、變量標準化、多元散射校正和導數。

優選的，每個藻種對應的活體藻液樣本的濃度梯度為0.8的n次方，n＝0～9。采用10個濃度梯度是使被檢測微藻的濃度梯度盡可能的大且涵蓋比較大的濃度范圍，擴大藻種類別判定模型可檢測微藻的濃度范圍。

為了簡化模型和提供運算速度，同時也為發開相應的檢測儀器奠定理論基礎，所述步驟(3)中的有效波長分別是512.8nm，688.48nm，442.23nm，432.27nm，713.46nm和929.4nm。

本發明實現了基于可見近紅外光譜的微藻種類原位、無損、快速鑒別，不需要配制任何溶液或采用顯微技術等，大大簡化了操作步驟，縮短了檢測時間，也避免了由于操作人員操作不熟練或者主觀因素帶來的測量結果不準確等后果。

附圖說明

圖1為本發中藻液樣本透射光譜的采集裝置圖。

圖2為本發明中4種微藻的原始可見/近紅外光譜平均曲線圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步闡釋本發明。