一種棉籽粉中錳元素含量的測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含量測(cè)定方法，具體是涉及了一種棉籽粉中錳元素含量的測(cè)定方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近紅外光譜（NearInfraredReflectanceSpectroscopy,NIRS)分析技術(shù)是通過(guò) 被分析物質(zhì)中的含氫基團(tuán)如〇H、CH、NH、SH等在近紅外區(qū)域表現(xiàn)有特征性的吸收峰，利用化 學(xué)計(jì)量學(xué)的方法，對(duì)掃描的樣品光譜信息進(jìn)行一系類的分析處理，最后完成該樣品有關(guān)成 分的定量分析。近紅外光譜儀可以采集幾乎所有有機(jī)物的特征吸收信號(hào)，而對(duì)于金屬元素 沒(méi)有吸收峰，但植物中金屬元素不是單一存在的，往往都會(huì)和很多活性酶等有機(jī)物結(jié)合或 螯合，富集在植物組織中，從而被近紅外光譜間接的采集。目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于 農(nóng)業(yè)、生物、食品、醫(yī)藥、石油化工等領(lǐng)域，由于它具有不破壞樣品、快速、準(zhǔn)確、環(huán)保無(wú)污染 等有點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及生物科學(xué)中極有發(fā)展前途的一種新技術(shù)。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很 多文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于水稻、小麥、棉花、蔬果等作物中水分、蛋白、纖維、脂肪、氨基酸等化學(xué)成分 定量測(cè)定，而對(duì)于使用近紅外光譜技術(shù)測(cè)定金屬元素含量的相關(guān)報(bào)道很少。
[0003] 錳元素是棉花作物極重要的微量元素，它直接參與棉花光合作用中電子傳遞系統(tǒng) 的氧化還原過(guò)程及PSII系統(tǒng)中水的光解，參與各種酶促反應(yīng)，促進(jìn)氮素代謝，適量的錳元 素有利于種子萌發(fā)，提高種子活力，而含量過(guò)高不利于種子的萌發(fā)生長(zhǎng)。所以它的重要性超 過(guò)其它微量元素。棉副產(chǎn)品棉籽又是一種重要的動(dòng)物飼料及食用油資源，攝入過(guò)量的錳元 素對(duì)人體及動(dòng)物有較大影響。檢測(cè)棉籽中錳元素含量對(duì)于棉花種子生產(chǎn)及棉副產(chǎn)品的綜合 利用具有較大的意義。
[0004] 而目前測(cè)定棉籽中錳元素以常規(guī)的化學(xué)方法為主，如火焰原子吸收法、電感耦合 等離子體質(zhì)譜測(cè)定方法等，這些傳統(tǒng)方法靈敏度和精確度高，但存在樣品準(zhǔn)備繁瑣、分析時(shí) 間長(zhǎng)、檢測(cè)成本高昂、大量消耗硝酸、硫酸等強(qiáng)具有腐蝕性危險(xiǎn)性很高的試劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 棉籽粉中錳含量是影響棉籽利用的一個(gè)指標(biāo)，按照常規(guī)化學(xué)分析測(cè)定錳元素含量 既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，且需要消耗大量的有毒危險(xiǎn)性很高的化學(xué)試劑，費(fèi)用昂貴而且污染環(huán)境，往 往給棉籽粉營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)增加了難度，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有化學(xué)分析技術(shù)中存在的不足， 提供了一種棉籽粉中錳元素含量的測(cè)定方法，采用近紅外光譜和化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正方法 對(duì)棉籽中錳元素含量進(jìn)行快速測(cè)定，有效地解決了上述問(wèn)題，為棉籽中錳元素的檢測(cè)提供 了一種快速、便捷、高效的分析方法，具有方便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 1)制備在不同地區(qū)種植的不同種類的棉籽粉樣本：將棉籽進(jìn)行預(yù)處理，棉籽（棉 花種子）脫絨后烘干，用磨樣機(jī)把棉籽磨成粉末，過(guò)60目篩，得到棉籽粉樣本；
[0008] 2)利用近紅外光譜儀采集棉籽粉樣本的光譜信息；
[0009] 3)在全光譜范圍內(nèi)采用全交叉驗(yàn)證構(gòu)建PLS模型，采用12種預(yù)處理方法和不進(jìn)行 任何預(yù)處理對(duì)PLS模型進(jìn)行分析，并相比較；
[0010] 4)以PLS模型的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)R2最大和均方根誤差RMSE最小所對(duì)應(yīng)的處理方法 作為最優(yōu)預(yù)處理方法，通過(guò)最優(yōu)預(yù)處理方法來(lái)建立錳元素的近紅外光譜校正模型；
[0011] 5)將待測(cè)棉籽采用步驟1)所述相同方法制備得到待測(cè)棉籽粉，用上述步驟所構(gòu) 建的近紅外光譜校正模型檢測(cè)待測(cè)棉籽粉，得到其錳元素含量。
[0012] 所述步驟4)具體為：將待測(cè)棉籽粉通過(guò)近紅外光譜儀獲得光譜后通過(guò)最優(yōu)預(yù)處 理方法處理得到光譜值，然后導(dǎo)入近紅外光譜校正模型中獲得待測(cè)棉籽粉的錳元素含量。
[0013] 所述的12種預(yù)處理方法分別為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量方法、多元散射校正方法、均一化方 法、一階導(dǎo)方法、二階導(dǎo)方法、變換基線方法、SavitzkyGolay平滑方法、光譜變換方法、以 及這些方法的組合方法SavitzkyGolay平滑+ -階導(dǎo)方法、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量+ -階導(dǎo)方法、 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量+SavitzkyGolay平滑方法以及多元散射校正+ -階導(dǎo)方法
[0014] 所述的近紅外光譜校正模型為蒙特卡羅無(wú)信息變量選擇的偏最二乘支持向量機(jī) 模型（MC-UVE-LS-SVM模型），全光譜數(shù)據(jù)中，并非所有的光譜變量都與目標(biāo)性狀存在顯著 的相關(guān)性，其中可能存在大量的無(wú)信息變量。因此，本發(fā)明采用蒙特卡羅無(wú)信息變量消除法 等進(jìn)行變量的選擇，與全光譜PLS模型相比，此模型消除冗余變量，簡(jiǎn)化校正模型，提高模 型的運(yùn)算速度。
[0015] 優(yōu)選的所述步驟2)利用近紅外光譜儀采集棉籽粉樣本的光譜具體步驟如下：近 紅外光譜儀的采集波長(zhǎng)范圍為800-2500nm，相鄰波段間隔2nm，設(shè)置共700個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)，每份 棉籽粉采集光譜4次，每次上樣量為3. 5g左右，樣品池為圓柱形，圓柱形的直徑為35mm，圓 柱形高度為18mm。
[0016] 優(yōu)選的近紅外光譜儀型號(hào)可采用F0SS5000,光譜數(shù)據(jù)的分析軟件可采用 UnscramblerV9. 7 和matlabR2011a〇
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 1、本發(fā)明利用F0SS5000近紅外光譜儀采集了棉籽粉的光譜圖，研究了棉籽粉中 錳元素的建模及應(yīng)用方法，具有方便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 2、本發(fā)明測(cè)定準(zhǔn)確性很高，是一種快速、便捷、高效的測(cè)定方法，對(duì)于培育棉花新 品種、促進(jìn)棉副產(chǎn)品的加工利用具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明方法中錳元素含量分布圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明方法中棉籽粉近紅外光譜圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明方法中棉籽粉最優(yōu)預(yù)處理后近紅外光譜圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明方法中最佳潛變量選擇圖。
[0024] 圖5是本發(fā)明方法中蒙特卡洛無(wú)信息變量選擇過(guò)程中最優(yōu)閾值的選擇圖。
[0025] 圖6是本發(fā)明方法中化學(xué)測(cè)定值與近紅外光譜預(yù)測(cè)值的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明的具體實(shí)施例如下：
[0028] (1)將棉籽進(jìn)行預(yù)處理：棉花種子脫絨后烘干，用磨樣機(jī)把種子磨成粉末，過(guò)60目 篩，得到棉籽粉樣本；取全國(guó)不同生態(tài)區(qū)及不同品種的棉籽為樣本，按上述步驟冷凍干燥后 用磨樣機(jī)粉碎得到所述干粉樣本。
[0029] 棉籽樣品從全國(guó)11個(gè)地區(qū)采集，包括浙江杭州、安徽蕪湖、江蘇鹽城、湖南澧縣等 不同生態(tài)種植區(qū)，多個(gè)棉花品種，共288個(gè)棉籽樣本。
[0030] (2)樣品光譜采集
[0031] 將棉籽粉裝入樣品池中，每個(gè)樣本掃描四次，樣本光譜圖如圖2所示。
[0032] 近紅外光譜分析參數(shù)：近紅外光譜儀型號(hào)為FOSS5000,采集波長(zhǎng)范圍為 800-2500nm，相鄰波段間隔2nm，共700個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)。每份棉籽粉采集光譜4次，每次上樣量為 3. 5g左右，樣品池為圓柱形（直徑35mm,高度18mm)，數(shù)據(jù)分析軟件為UnscramblerV9. 7 和matlabR2011a〇
[0033] (3)校正集和驗(yàn)證集樣本的選取
[0034] 利用近紅外光譜儀采集上述樣本的光譜，對(duì)于近紅外建模而言，校正集和驗(yàn)證集 樣品必須都能夠代表原始樣本的數(shù)據(jù)分布情況，且校正集的樣本含量范圍要包含驗(yàn)證集樣 本含量范圍，使用Kennar