油菜品质多参数近红外检测技术的建立与应用

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1、中I习农业科学院硕十学位论文第一荦绪论载体。因此，NIR光谱不仅能够反映绝大多数有机化合物的组成和结构性能信息，而且对某些无机离子化合物，也能够通过它对共存的本体物质影响引起的光谱变化，间接地反映其存在的信息(杨忠等，2005)，而且从近红外反射光谱还能得到样品的密度、粒度、高分子物的聚合度及纤维直径等物理状态信息(严衍禄等，2005)。分子是由原子组成的，而原子是由原子核和围绕它的电子所构成的。在分子中，根据量子力学理论，分子中存在电子能级和振动一转动能级。当电子能级和振动一转动能级发生跃迁时，就会产生分子吸收光谱或分子发射光谱，表现为带状光谱。如果分子的能级是由基态跃迁至激发态，产生吸

2、收光谱；反之，则产生发射光谱。(冯卢新，史永刚等，2002)分子吸收或发射光的频率可用Bohr频率方程式描述：E2一E1=hvtrothc矿式中：E2——激发态能级；E1——初始态能级：h——普朗克常量；f一光速；’，——吸收或发射的频率；'，——吸收或发射光的波数。从光源发出的红外光照射到由一种或多种分子组成的物质上，如果分子没有产生吸收，则光穿过样品，该物质分子为非红外活性分子；否则，为红外活性分子。只有红外活性分子中的键才能与红外光子发生作用，产生近红外光谱吸收。光子在近红外光谱区的吸收产生于分子振动或转动的状态变化或者分子振动或转动状态在不同能级间的跃迁。能量跃迁包括基频跃迁、倍频

3、跃迁和合频跃迁，所有的近红外光谱的吸收谱带都是中红外吸收基频的倍频及合频(陆婉珍等，2000)。在中红外区2000cmd以上产生基频振动的有机官能团，主要是含氢官能团，如C．H、N-H、S．H、O-H等，才会在近红外光谱区域产生一级倍频吸收，是近红外分析的主要信息来源。对于农产品来说，这类基团含量较高，信息丰富，是近红外分析的重要来源。现代近红外仪器的改进合化学计量方法的发展，已能充分利用这部分吸收较弱基因信息，提高近红外分析的准确度和扩大近红外分析的范围(谢锦春，2004)。近红外光谱包含了化学键强度、化学组成、电负性和氢键的信息，对于同体样品而言，很多其他信息如散射、漫反射、特殊反射、

4、表面光泽、折光指数和反射光的偏振等都被加载到样品近红外光谱上。近红外光谱包含了样品丰富而杂乱的信息，在如此大量的信息中剔除无效信息及其干扰，抽出所需要的特征信息，需要化学计量方法的支持。这正是在20世纪80年代化学计量方法取得突破以后，近红外光谱技术才得到快速发展的原因(陆婉珍等，2000)。吸收光谱分析的基本原理是朗伯一比尔定律，即某一物资的吸光度与浓度成正比：nA=l百o／11=lgl／T=罗口i似)：iL筒式中：A-一吸光度；l旷一入射辐射强度；11——{羞过辐射强度；Ir光程长(姗)；3中国农qk科学院硕Ij学位论文第一章绪论C-一吸收物的浓度(mg／d1)；af——吸光系数；T．

5、一透过率，T=I。／I，；N—一溶液中物质的成分数；对于多波长、多样品的光谱数据，必须采用一些线性代数及数理统计等化学计量学方法求出各应变量测量方程(陆婉珍等，2000)。“化学计量学”(Chemometrics)一词是由瑞典化学家Wold提出的(梁逸曾，俞汝勤，2005)，他建议将研究从化学实验产生的数据中提取相关化学信息的学科分支称之为化学计量学，这一建议得到了美国华盛顿大学Kowalski教授的响应，1974年Wold和Kowalski在美国西雅图成立了国际化学计量学学会(1cS)。化学计量学运用数学、统计学、计算机科学以及其相关学科的理论与方法，优化化学量测过程，并从化学量测数据中

6、最大限度地获取有用的化学信息，为化学量测提供理论和方法(梁逸曾和俞汝勤，2005；俞汝勤，1991)。随着计算机科学、统计学、应用数学及信息科学的发展，化学计量学研究在理论和算法上也得到了较大发展，并在食品、农业、医药、化学等试验设计和复杂样品分析得到了相当广泛而深入的应用(袁洪福，陆婉珍，1998，1999；潘荣荣，2007)。化学计量学在近红外光谱分析中占有重要的地位，近些年，由于化学计量学的发展和应用，使得光谱分析进入了一个新时代，光谱和化学计量学的结合已成为一种快速和高效的分析技术。近红外光谱分析兼备了可见光谱分析信号容易获取与红外区光谱分析信息量丰富两方面的优势，但其谱宽较宽、重

7、叠严重、吸收强度较低，依靠人的感官难以用传统的方法解析图谱(陈华才和陈星旦，2003)，必需借助化学计量学方法提取信息，正是由于化学计量学和计算机技术的应用，使近红外光谱分析成为一类实用的新型分析技术(史永刚等，2002；王艳斌，2000)。仪器采集的原始光谱信号不仅包含与物质化学结构相关的信息，还包括许多其它干扰因素所产生的信号，如样品不同成分之间的相互干扰导致光谱谱线重叠，低含量成分谱峰被高含量成分谱峰掩盖，以及信号