一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，該方法包括用標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)建立光譜傳遞模型；用化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)建立反演模型；將實際近紅外檢測設(shè)備采集實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)通過光譜傳遞模型獲得該實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，再通過反演模型獲得實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。該方法建立特定農(nóng)產(chǎn)品不同儀器的光譜傳遞模型，只需一臺標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，進(jìn)行一次樣品的模型建立，可以適配其他任何形式的光譜測量儀器，準(zhǔn)確測量農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)成分。
【專利說明】
一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法。 【背景技術(shù)】
[0002]食品、蔬菜和水果等化學(xué)成分的快速檢測方法一直是檢測領(lǐng)域的難題，近紅外檢測技術(shù)發(fā)展以來，圍繞近紅外檢測方法層出不窮，但是沒有解決最佳的方法實現(xiàn)快速檢測。
[0003]公開號為CN104897607A的專利公開了一種便攜式近紅外光譜食品建模與快速檢測一體化方法及其系統(tǒng)，在windows系統(tǒng)下對便攜式近紅外光譜儀進(jìn)行二次開發(fā)，通過校正集食品樣本的組分指標(biāo)參數(shù)的濃度參考值和近紅外光譜數(shù)據(jù)建立食品檢測校正模型，再通過校正模型對待測集食品樣本的組分參數(shù)進(jìn)行檢測，得到未知樣本的待測組分濃度檢測值;可通過調(diào)整模型參數(shù)得到針對具體檢測食品對象的最佳檢測校正模型。一體化系統(tǒng)包括樣本光譜數(shù)據(jù)采集模塊、樣本譜圖預(yù)處理模塊和模型建立與評價分析模塊。
[0004]公開號為CN104048939A的專利公開了一種生豬血液中血糖含量的近紅外快速檢測方法，包括以下步驟:1)采集生豬血液樣品，對血清進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集；同時用試劑盒檢測方法檢測血糖;2)將近紅外光譜數(shù)據(jù)信息與試劑盒檢測的血糖化學(xué)測定值一一對應(yīng)建立樣品集，分為校正集和驗證集，使用不同光譜預(yù)處理方法進(jìn)行預(yù)處理后，利用校正集的光譜數(shù)據(jù)信息和血糖化學(xué)測定值，建立生豬血液中血糖的預(yù)測模型；3)利用最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型，對待測生豬血液樣品的血糖進(jìn)行檢測。
[0005]公開號為CN103499530A的專利公開了一種應(yīng)用于蔬菜水果農(nóng)藥檢測的方法;該方法首先建立檢測模型，然后檢測待測蔬菜水果光譜，最后判斷蔬菜水果中農(nóng)藥成分及含量； 本發(fā)明不僅可以通過光譜檢測出農(nóng)藥的種類，還可以根據(jù)吸收的強(qiáng)弱判斷農(nóng)藥的含量；由于不需要測量出農(nóng)藥的實際含量，即可通過與檢測模型相對比得到其含量，因此檢測效率高；由于采用蒸餾水和酒精作為溶劑，透過性強(qiáng)，因此靈敏度好、測量精度高。
[0006]但是現(xiàn)有技術(shù)中對于能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測的方法還不夠完善，尤其是針對更換近紅外檢測設(shè)備過程中出現(xiàn)的檢測不準(zhǔn)的問題沒有良好的解決辦法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0008]步驟A:用標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備對農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)；
[0009]步驟B:用檢測農(nóng)產(chǎn)品的實際近紅外檢測設(shè)備采集步驟A中的農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)；[〇〇1〇]步驟C:根據(jù)步驟A和步驟B所采集的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)建立光譜傳遞模型；
[0011]步驟D:用化學(xué)方法檢測步驟A中的農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0012]步驟E:根據(jù)步驟A的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和步驟D的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立反演模型；
[0013]步驟F:應(yīng)用步驟B的實際近紅外檢測設(shè)備采集實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，將該近紅外光譜數(shù)據(jù)通過光譜傳遞模型獲得該實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，再將該標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)通過反演模型獲得實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0014]其中農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品和實際農(nóng)產(chǎn)品樣品為同一植物種。
[0015]優(yōu)選的，上述方法中，步驟A中的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)為多條，多條標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)形成標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。
[0016]優(yōu)選的，上述方法中，步驟B中的檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)為多條，多條檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)形成檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。
[0017]優(yōu)選的，上述方法中，標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備為穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器。
[0018]優(yōu)選的，上述方法中，光譜傳遞模型包括像素匹配、儀器參數(shù)校正和波長校準(zhǔn)。
[0019]優(yōu)選的，上述方法中，步驟C中的光譜傳遞模型可以通過根據(jù)步驟A和步驟B所采集的多條標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和多條檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)形成的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫建立光譜傳遞模型。
[0020]優(yōu)選的，上述方法中，實際近紅外檢測設(shè)備為連續(xù)型便攜式紅外光譜儀、單點式手持光譜儀或者其他形式的光譜測量設(shè)備。
[0021]優(yōu)選的，上述方法中，光譜傳遞模型可以應(yīng)用數(shù)據(jù)構(gòu)建模型的任意方法進(jìn)行構(gòu)建， 構(gòu)建過程中不斷通過農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，最終實現(xiàn)光譜傳遞模型能夠?qū)崿F(xiàn)實際近紅外光譜檢測設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜檢測設(shè)備之間在計算化學(xué)成分含量之間的相對準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系。
[0022]優(yōu)選的，上述方法中，反演模型可以應(yīng)用數(shù)據(jù)建模中的任意方法通過標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和化學(xué)數(shù)據(jù)建立，只要能夠反映標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)成分之間相對準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系即可。[〇〇23]優(yōu)選的，上述方法中，農(nóng)產(chǎn)品為蔬菜、水果或糧食等，農(nóng)產(chǎn)品也可以替換為食品在上述方法中被檢測。
[0024]本發(fā)明還提供了一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入端、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)輸出端，其特征在于數(shù)據(jù)輸入端具有農(nóng)產(chǎn)品近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入接口和農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸入接口，云服務(wù)器包括近紅外光譜傳遞模型和反演模型，數(shù)據(jù)輸出端具有農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸出端口，數(shù)據(jù)輸入端與云服務(wù)器雙向連接，云服務(wù)器與數(shù)據(jù)輸出端連接。[〇〇25] 有益效果:
[0026]1、建立特定農(nóng)產(chǎn)品不同儀器的光譜傳遞模型，只需一臺標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，進(jìn)行一次樣品的模型建立，可以適配其他任何形式的光譜測量儀器；
[0027]2、反演模型的維護(hù)較為簡單，只需要對標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜檢測儀器進(jìn)行定期的信號采集，進(jìn)行反演模型更新即可，不需要對所有近紅外光譜檢測設(shè)備進(jìn)行模型更新；[〇〇28]3、標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜檢測設(shè)備和實際近紅外光譜檢測設(shè)備可以任意選擇，但是一旦標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜檢測設(shè)備確定后，其后續(xù)更換的實際近紅外光譜檢測設(shè)備所依據(jù)的光譜傳遞模型和反演模型就不需要變更。[〇〇29]4、光譜傳遞模型可以內(nèi)嵌在設(shè)備端，也可以內(nèi)嵌在云端，反演模型建立在云端，這樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和結(jié)果的計算能夠共享。【附圖說明】
[0030]圖1為農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)成分檢測機(jī)器校準(zhǔn)模型建立框圖；
[0031]圖2為農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)成分測量框圖?！揪唧w實施方式】 [〇〇32] 實施例1
[0033]步驟1:用穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器(作為標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備)對馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)樣品共100個，分別標(biāo)記為B1、B2、B3、……B100,得到 100個馬鈴薯的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，形成馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。
[0034]步驟2:用單點式手持光譜儀(作為檢測農(nóng)產(chǎn)品的實際近紅外檢測設(shè)備)采集B1、 B2、……B100的近紅外光譜數(shù)據(jù)，定義為檢測近紅外光譜數(shù)據(jù))，形成馬鈴薯檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0035]步驟3:根據(jù)步驟1的馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟2的馬鈴薯檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫建立馬鈴薯光譜傳遞模型；
[0036]步驟4:用化學(xué)方法檢測步驟1中B1、B2、B3……B100的馬鈴薯樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0037]步驟5:根據(jù)步驟1的馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟4的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立馬鈴薯的反演模型；
[0038]步驟6:應(yīng)用步驟2的單點式手持光譜儀采集一個馬鈴薯實際樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，將該近紅外光譜數(shù)據(jù)通過馬鈴薯光譜傳遞模型計算得到該馬鈴薯實際樣品的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，再將該馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)通過馬鈴薯反演模型獲得馬鈴薯實際樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。[〇〇39] 實施例2
[0040]步驟1:用穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器(作為標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備)對蘋果標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，蘋果標(biāo)準(zhǔn)樣品共200個，分別標(biāo)記為B1、B2、B3、……B200,得到200 個蘋果的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，形成蘋果標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。
[0041]步驟2:用連續(xù)型便攜式紅外光譜儀(作為檢測農(nóng)產(chǎn)品的實際近紅外檢測設(shè)備)采集B1、B2、……B200的近紅外光譜數(shù)據(jù)，定義為檢測近紅外光譜數(shù)據(jù))，形成蘋果檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0042]步驟3:根據(jù)步驟1的蘋果標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟2的蘋果檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫建立蘋果光譜傳遞模型；[〇〇43]步驟4:用化學(xué)方法檢測步驟1中B1、B2、B3……B200的蘋果樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0044]步驟5:根據(jù)步驟1的蘋果標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟4的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立蘋果的反演模型；
[0045]步驟6:應(yīng)用步驟2的連續(xù)型便攜式紅外光譜儀采集一個蘋果實際樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，將該近紅外光譜數(shù)據(jù)通過蘋果光譜傳遞模型計算得到該蘋果實際樣品的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，再將該蘋果標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)通過蘋果反演模型獲得蘋果實際樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。
【主權(quán)項】
1.一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:步驟A:用標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備對農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到標(biāo)準(zhǔn)近紅 外光譜數(shù)據(jù)；步驟B:用檢測農(nóng)產(chǎn)品的實際近紅外檢測設(shè)備采集步驟A中的農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的檢測近 紅外光譜數(shù)據(jù)；步驟C:根據(jù)步驟A和步驟B所采集的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)建立 光譜傳遞模型；步驟D:用化學(xué)方法檢測步驟A中的農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；步驟E:根據(jù)步驟A的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和步驟D的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立反演模型；步驟F:應(yīng)用步驟B的實際近紅外檢測設(shè)備采集實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，將 該近紅外光譜數(shù)據(jù)通過光譜傳遞模型獲得該實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)，再將 該標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)通過反演模型獲得實際農(nóng)產(chǎn)品樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；其中農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品和實際農(nóng)產(chǎn)品樣品為同一植物種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟A中的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)為多條，多 條標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)形成標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟B中的檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)為多條，多 條檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)形成檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備為穩(wěn)定的全譜段紅外 光譜儀器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于光譜傳遞模型包括像素匹配、儀器參數(shù)校正 和波長校準(zhǔn)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟C中的光譜傳遞模型通過步驟A和步驟B 所采集的多條標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)和多條檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)形成的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù) 據(jù)庫和檢測近紅外光譜數(shù)據(jù)庫建立光譜傳遞模型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于實際近紅外檢測設(shè)備為連續(xù)型便攜式紅外 光譜儀、單點式手持光譜儀或者其他形式的光譜測量設(shè)備。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于農(nóng)產(chǎn)品為蔬菜、水果或糧食。9.一種快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入端、云服 務(wù)器和數(shù)據(jù)輸出端，其特征在于數(shù)據(jù)輸入端具有農(nóng)產(chǎn)品近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入接口和農(nóng)產(chǎn)品 化學(xué)數(shù)據(jù)輸入接口，云服務(wù)器包括近紅外光譜傳遞模型和反演模型，數(shù)據(jù)輸出端具有農(nóng)產(chǎn) 品化學(xué)數(shù)據(jù)輸出端口，數(shù)據(jù)輸入端與云服務(wù)器雙向連接，云服務(wù)器與數(shù)據(jù)輸出端連接。
【文檔編號】G01N21/359GK106092961SQ201610606462
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610606462.7, CN 106092961 A, CN 106092961A, CN 201610606462, CN-A-106092961, CN106092961 A, CN106092961A, CN201610606462, CN201610606462.7
【發(fā)明人】朱湘飛, 劉毅, 劉法安, 譚占鰲, 陳劍
【申請人】深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司