[發明專利]一種基于光譜形態轉移的近紅外單籽粒作物成分檢測方法

有效

• 申請號: 201810436495.0
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108613943B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 吳躍進;徐琢頻;范爽;王琦;劉斌美;劉晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種基于光譜形態轉換的近紅外單籽粒作物成分檢測方法，所述檢測方法具體為采集粗加工后的單籽粒作物(或作物粉末)的近紅外光譜，以常規化學法為參比，建立光譜與參比值之間的模型。預測時采集待測單籽粒作物光譜，通過標準光譜以及光譜空間轉換算法，將待測單籽粒作物光譜轉移成粗加工后的單籽粒作物(或作物粉末)的光譜形態，繼而使用模型預測其組分。該方法優點在于，建模分析對象為粗加工后的單籽粒作物(或作物粉末)，而不是品種來源復雜、穎殼及顆粒形態干擾大的單籽粒作物，所建模型更加準確、穩健；建模對參比法精度要求低，分析過程經濟節約。檢測時，單籽粒作物不需預處理，檢測結果無損、準確、快速。

技術領域

本發明涉及一種單籽粒作物成分含量的檢測方法，具體涉及一種基于光譜形態轉移的近紅外單籽粒作物成分檢測方法。

背景技術

近紅外光譜是指波長在780nm～2526nm范圍內(波數為12820cm^-1～3959cm^-1)的電磁波，近紅外光譜可以反映有機化合物以及混合物中含氫基團(C-H、N-H、O-H)振動的合頻和各級倍頻的吸收，通過樣品光譜掃描，可以得到樣品中有機分子含氫基團的化學鍵信息。近紅外光譜技術近年來廣泛用于農業、化工、食品、生命科學、環境保護和質量監督等領域，它的優點是快速、高效、準確、不損傷樣品、可同時分析多個組分。

單籽粒近紅外光譜分析技術，是指采用近紅外光譜分析技術分析單籽粒作物。該技術的發展對育種行業、糧食行業有著重大的意義。對作物育種而言，培育符合需要的特定性狀的新品種是育種行業不斷追求的目標。為了縮短育種進程、提高育種效率，育種家希望能夠在早代對單籽粒種子的某些特定品質性狀進行鑒定和篩選，因而要求一種技術能夠快速、無損地檢測單籽粒種子的特定組分含量，采用單籽粒近紅外光譜技術，有望滿足育種家對單籽粒種子成分含量快速無損檢測的需求。對于糧食行業，隨著人們對糧食品質的要求不斷細化，根據糧食的品質高低按質論價是未來趨勢。過去色選、重力分選等相關技術和設備的發展，只能用于分選單籽粒作物的外觀品質或者一些簡單特征如重量、大小等，但單籽粒近紅外光譜技術可以檢測單籽粒作物的內在有機組分的含量，因而該技術的發展有望推進糧食作物內在品質的檢測甚至是分選。

傳統單籽粒檢測方法分析單籽粒作物成分的流程如圖1所示，測量時，先收集單籽粒作物自然狀態樣品，作為校正集，進行光譜采集、光譜預處理以及化學值檢測，建立單籽粒作物自然狀態成分分析模型，預測時以其他的待測該作物單籽粒自然狀態樣品作為測試集，根據建立的單籽粒作物自然狀態成分分析模型實現測試集中單籽粒作物的成分預測。

然而，單籽粒近紅外光譜分析技術存在著如下兩方面瓶頸：一方面，各種干擾因素影響了單籽粒作物的光譜表現。相比粗加工后的籽粒，單籽粒作物存在較大穎殼吸收，這些吸收往往是與待測成分無關的噪聲；而相比磨粉后的籽粒，單籽粒作物還存在大小不一的顆粒形態、成分分布不一的內部結構的干擾，導致近紅外分析的結果往往是單籽粒作物不如其粗加工后的作物，粗加工后的作物不如其粉末樣品。另一方面，單籽粒作物由于太小，而大部分常規的參比方法是為大量樣品設計的，例如國標中用于檢測直鏈淀粉的碘比色法、用于檢測脂肪的索氏提取法等等，其稱樣量大大高于單籽粒作物的質量，因而難以精確測定其參比值，即使少數微量檢測方法可以檢測，但其配套儀器往往價格不菲、檢測費用昂貴，相比適用于群體樣品分析的常規參比方法成本較高。

模型轉移是一種模型通用化的數學處理，常用用于校正檢測條件改變或儀器自身條件發生變化時出現的光譜差異或預測結果偏差，Pereira L.S.A等的研究表明，模型轉移也可用于傳遞同一樣品不同物理形態的光譜。光譜空間轉換(SST)算法是一種簡單、有效、準確的模型轉移算法。使用該算法，有望校正單籽粒作物、粗加工后的單籽粒作物、作物粉末之間的光譜差異，使之光譜形態互相轉換，因此單籽粒作物近紅外檢測時遇到的上述兩方面不足，即可通過轉移成粗加工后的單籽粒作物(或作物粉末)的光譜形態來克服。