[發明專利]沼液理化指標近紅外光譜同步快速檢測方法

有效

• 申請號: 201811323250.3
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109507143B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 劉金明;王娜;程秋爽;孫勇
• 申請（專利權）人: 黑龍江八一農墾大學
• 主分類號: G01N21/3577
• 分類號: G01N21/3577;G01N21/359
• 代理公司: 23202 大慶市遠東專利商標事務所
• 代理人: 周英華

沼液理化指標近紅外光譜同步快速檢測方法屬于厭氧發酵液檢測技術；本方法通過樣品采集、理化指標測定、近紅外光譜采集、光譜預處理及樣品集劃分、基于雙重遺傳模擬退火算法的特征波長優選后，將校正集光譜數據分別按雙重遺傳模擬退火算法優選的沼液化學需氧量、揮發性脂肪酸和氨氮理化指標的特征波長建立相應的偏最小二乘回歸模型，并使用驗證集對回歸模型的精度進行評測，建立快速檢測模型，對需檢測理化指標的沼液樣本離心后取上清液進行近紅外光譜掃描，再按優選的相應理化指標特征波長輸入檢測模型，完成沼液理化指標同步快速檢測；本方法檢測速度快，精度高，檢測項目全。

技術領域

本發明屬于厭氧發酵液檢測技術，主要涉及一種沼液理化指標近紅外光譜同步快速檢測方法。

背景技術

隨著我國農牧業的快速發展，產生了大量的農作物秸稈和畜禽糞便等有機廢棄物，由此引起的環境污染問題日益突出。厭氧發酵產沼氣作為一項清潔生物質能源技術是實現農牧業有機廢棄物資源化利用、改善環境、解決能源問題的重要手段和發展方向。由于沼氣發酵是一個極其復雜的生化過程，如何高效地利用農牧業廢棄物發酵產沼氣，是當前農業面臨的重大挑戰。化學需氧量、揮發性脂肪酸和氨氮等沼液理化指標是控制和優化厭氧發酵工藝的重要指標。為了對厭氧發酵過程進行有效調控，有必要對上述沼液理化指標進行快速準確測定，但采用傳統化學方法測定其含量時存在測試速度慢、成本高的問題。

近紅外光譜分析技術具有簡便、快速、無損、低成本以及可實現多組分同時測定等眾多優點，已廣泛用于食品、制藥、石油、化工、釀酒等行業的定性分析和定量檢測。在應用近紅外透射光譜進行液相物質檢測方面，研究人員已經分別實現了水體的化學需氧量、揮發性脂肪酸和氨氮檢測，但檢測效率和精度有待進一步提高。原因在于近紅外光譜儀器采集的數據量大，在建立上述檢測模型時以全譜波長點建模，計算量大，波長冗余嚴重，不相干和非線性的波長點對模型預測精度影響較大。遺傳算法具有較強的魯棒性和全局搜索能力，其隨機搜索能力能夠有效解決光譜波長點之間的共線性問題，已廣泛應用于近紅外光譜特征波長優選。但遺傳算法存在早熟問題，且進化后期搜索效率較低。因此，對遺傳算法進行改進，并應用于沼液近紅外光譜特征波長優選，研究一種沼液化學需氧量、揮發性脂肪酸和氨氮理化指標的近紅外光譜同步快速檢測方法十分必要。

發明內容

本發明的目的就是針對上述現有技術存在的問題，結合厭氧發酵生產作業使用的實際需要，提出一種沼液理化指標近紅外光譜同步快速檢測方法，達到解決以全譜波長點個數作為染色體碼長直接編碼時碼太長引起解空間發散、波長冗余嚴重、減少搜索時間、提高檢測速度和檢測精度的目的。

本發明的目的是這樣實現的：一種沼液理化指標近紅外光譜同步快速檢測方法，所述方法包括步驟是：

①、樣品采集：

以正常產氣的半連續厭氧發酵罐中沼液為樣品，每4小時采樣一次，采樣量40ml，采樣30天，共采樣180個；樣品在6000r/min下冷凍離心10min后，取樣品上清液待測；

②、理化指標測定：

取樣品上清液采用傳統的化學方法進行化學需氧量、揮發性脂肪酸和氨氮含量的測定；所述化學需氧量采用密封催化消解法結合T6新世紀紫外可見分光光度計測定，揮發性脂肪酸中的乙酸、丙酸和總酸含量采用Agilent GC-6890氣相色譜儀測定，氨氮采用FOSSFIAstar 5000流動注射分析儀測定；

③、近紅外光譜采集：

另取樣品上清液采用Antaris II FT-NIR光譜儀進行沼液近紅外光譜采集，采用透射分析模塊，樣品池采用1mm光程矩形比色皿，光譜范圍為4000-10000cm-1，掃描次數為32次，分辨率為8.0cm-1；

④、對③中采集的沼液近紅外光譜進行預處理及樣品集劃分：