中国是世界上受真菌毒素污染最严重的国家之一, 因污染造成的粮食及粮油产品经济损失巨大, 真菌毒素快速检测与防控迫在眉睫。 由于传统湿化学检测方法的时滞性、 复杂性、 高成本、 使用大量化学试剂等问题, 无法满足粮食生产、 流通及加工过程中快速实时检测的需要。 分子光谱是分子振动能级间或转动能级间跃迁产生的光谱, 反映了分子内部的结构信息, 可确定分子的转动惯量、 分子键长健强及离解能, 用于样本中化学组分及性质的检测。 粮食样本(真菌毒素)在激发光的激励作用下能级跃变产生的光通过光路系统被光电探测器接收, 光谱强度与被测物浓度在一定范围内符合Lambert-Beer定律, 可实现粮食真菌毒素的快速、 定量检测。 相比真菌毒素传统检测方法费时费力、 成本高、 大量使用化学试剂等问题, 光谱分析技术具有快速、 无损、 绿色等显著技术优势。 在分析粮食真菌毒素检测的重要性、 迫切性的基础上, 介绍了光谱分析的技术原理与理论基础, 近红外光谱是电偶极矩变化引起的振动光谱, 拉曼光谱是分子极化引起的振动光谱, 而荧光光谱反映具有长共轭结构的分子信息, 光谱成像在检测维度上由一维拓展到二维分布, 通过光谱解析和特征分析可进行真菌毒素快速准确检测。 进一步分析了近红外光谱、 拉曼光谱、 荧光光谱和光谱成像等技术在粮食真菌毒素检测的研究现状及发展动态, 指出了各技术的优势与存在的不足, 研究表明光谱分析技术受到越来越多的学者关注, 基于光谱分析技术的粮食真菌毒素的检测探索, 已成为食品安全检测领域的热点问题。 通过文献综述可以发现, 光谱分析技术为粮食中真菌毒素的快速筛查、 定性判别或高灵敏检测提供了新的途径, 但仍存在诸多尚需解决的问题, 在系统探讨光谱分析技术瓶颈问题的基础上, 展望了需进一步突破的研究方向, 特别是在检测的认可度、 检测精度和稳定性方面。 通过光谱理论解析明确粮食真菌毒素检测的可行性, 通过微观尺度提高粮食真菌毒素检测的稳定性, 通过多模态光谱信息融合提高粮食真菌毒素检测的精确性, 为粮食真菌毒素的光谱快速检测技术提供参考。

农产品的质量安全与我们老百姓的身体健康和生命安全密不可分。 传统的化学检测方法具有需要样品前处理, 操作过程复杂以及破坏样品等诸多缺陷。 拉曼光谱技术作为一种分析、 测试物质分子结构强有力的表征手段, 可以快速实现样品的无损伤、 定性定量检测分析。 随着拉曼光谱技术的不断完善和应用范围的逐渐拓宽, 拉曼光谱技术在农产品的质量安全检测中发挥着极其重要作用, 并且具有广阔的应用前景。 目前, 已经有大量的基于拉曼光谱技术检测农产品质量安全的相关研究报道, 为了解拉曼光谱技术的检测原理以及发展现状, 并跟踪国内外最新研究进展, 简述了拉曼光谱技术的基本原理及其发展、 拉曼光谱检测装置, 深入综述了拉曼光谱技术在果蔬、 禽畜、 粮食质量安全检测中的最新研究进展, 指出了拉曼光谱技术应用在农产品质量安全检测中的现存的技术问题。 另外, 还简要介绍了国内外部分拉曼光谱仪的部分信息和便携式拉曼光谱仪专利申请状况, 展望了该项技术的研究方向和应用前景。

利用杂质和劣质粮食与优质粮食的近红外吸收光谱不同的特性, 根据光谱中反映测试成分的特征波段的差异对粮食进行光学分选.在光谱进入传感器之前经过滤光片对多个测试波段进行过滤, 降低噪音的影响.本文针对光学筛选系统中核心部件双通道带通滤光片进行研制, 从膜系设计理论出发, 采用了Smith法结合膜系设计软件设计了以周期膜系和非周期膜系相结合的双通道带通滤光膜系, 利用电子束蒸发和离子辅助沉积的方法进行制备并通过数学建模分析, 减小了实验误差对光谱的影响.在1 200 nm和1 450 nm波段得到平均透射率大于97%, 1 000~1 130 nm和1 570~2 000 nm波段平均透射率小于1%的滤光膜, 通过系统测试, 满足使用要求.

采用X射线荧光光谱(XRF)方法测定六种粮食: 稻谷(大米)、 小麦(面粉)、 黄豆、 小米、 高粱和玉米中生命有机碳含量和化学元素组成, 建立一种新方法测定它们的蛋白质含量。 粮食中生命有机碳平均含量约为44%。 黄豆中的蛋白质含量最高(42.74%), 小米蛋白质含量28.56%, 麦子蛋白质含量27.57%, 玉米蛋白质含量24.99%, 高粱蛋白质含量22.21%, 而大米蛋白质含量只有20.31%。 基于文中新定义的碳化学循环, 结合相关研究数据, 我们发现2009年人类使用生命有机碳作为生命体内所需排放CO2只占总排放量的1.00%, 使用有机碳排放CO2占总排放量的10.73%。 碳循环清晰的轨迹与不同类型碳源释放CO2量的数据将促进研究碳化学循环和大气CO2“温室效应”。 研究工作还发现地球大气CO2循环一次时间是8年, 表明大气CO2循环动态平衡具有敏感性, 但是没有实验数据证明地球大气存在着破坏性的CO2“温室效应”。

三维激光扫描技术是近十年迅速发展起来的新型遥感技术, 它随着激光测距技术的出现应运而生。与传统的三维数据获取技术相比, 三维激光扫描技术具有的最大优势是它的非接触式测量和面数据的快速获取。将三维激光扫描技术应用在粮食清仓查库中, 目的是为了快速获得粮食表面的信息, 据此计算粮食体积。研究了粮仓内粮食体积的计算原理, 并分别以北京青云店粮库和中储粮涿州粮食储备库为例, 重点阐述三维激光扫描技术在清仓查库中的应用方法, 包括实地测量、后续数据处理和体积计算等。实验结果表明, 用三维激光扫描技术测量粮食体积, 速度快, 精度高, 有较强的实用性。