1 吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心, 吉林 长春 130118
2 吉林农业大学植物保护学院, 吉林 长春 130118
平菇是我国大宗食用菌品种之一, 产量位居我国食用菌的第三位。 平菇不仅味道鲜美, 而且含有丰富优质的蛋白质及具有多种生物活性的平菇多糖, 深受消费者喜爱。 市场上的平菇产品众多, 质量参差不齐, 并且现有营养成分分析方法耗时长、 成本高, 难以满足平菇等大宗食用菌的营养成分检测需求。 傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术具有检测速度快、 操作方便、 可同时分析多种化合物、 安全环保等特点, 将其与化学计量学结合, 构建数学模型, 能满足对平菇等大宗农产品营养成分的快速检测、 分析及评价。 以平菇为研究对象, 在全国范围内收集主栽平菇样品85份, 分别进行红外光谱扫描, 并运用多元散射校正(MSC)、 标准正态变换(SNV)、 正交信号校正(OSC)、 光滑加一阶导数(F-G D)、 光滑加二阶导数(S-G D)等5种光谱数据预处理方法, 通过比较模型验证集回归系数, 确定平菇蛋白质模型最佳预处理方式为OSC结合S-G D, 平菇多糖模型最佳预处理方式为OSC结合F-G D。 在最佳光谱预处理下, 采用LASSO算法对7458个光谱波段进行特征波段提取, 获得平菇蛋白质特征波数93个, 平菇多糖特征波数92个, 压缩率达到98%。 将特征波数与化学方法检测得到的平菇蛋白质、 多糖含量值进行拟合, 建立PLS模型。 结果显示, 蛋白质模型校正集回归系数R2为0.999 8, RMSECV为0.047 7, 验证集回归系数R2为0.987 2, RMSEP为0.506 8, RPD为8.840 6大于3； 多糖模型校正集回归系数R2为0.999 9, RMSECV为0.020 1, 验证集回归系数R2为0.980 3, RMSEP为0.292 9, RPD为7.119 8大于3, 模型拟合效果均较好, 预测能力及稳健性良好。 该研究为傅里叶变换红外光谱技术在食用菌营养成分含量快速预测方法的建立提供参考, 为平菇产品的营养品质评价的建立提供基础, 促进平菇乃至其他食用菌产品的优质化发展。
平菇 傅里叶变换红外光谱 化学计量学 含量预测 Pleurotus ostreatus Fourier transform infrared spectroscopy Stoichiometry Content prediction 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1262
1 南京信息工程大学，江苏省大数据分析技术重点实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学，江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心，江苏 南京 210044
4 空军航空大学航空作战与勤务学院，吉林 长春 130022
钢材炼制过程锰、 镍元素的含量均会对最终产品的硬度脆度产生影响, 但由于其添加的含量需要进行严格控制, 同时传统的钢铁成分检测的设备成本高、 效率低、 速度慢, 因此需要一种高精度的快速实时分析方法。 利用遗传偏最小二乘法(GA-PLS)结合LIBS技术对钢铁样品光谱中的Mn和Ni两种元素进行定量检测, 并且与传统PLS的定量分析结果进行对比, 以验证GA-PLS模型预测性能。 采用购置于钢材市场的12个钢铁样品, 其中9个样品的光谱信息作为校正集训练模型, 3个作为测试集验证模型定量性能。 GA-PLS通过不断提高变量被选频率的阈值, 用不同阈值下的变量建立PLS模型, 对比选出最低RMSECV时的阈值(Mn和Ni元素的光谱输入变量被选频率的最佳阈值分别为8和7)。 结果显示: GA-PLS锰元素预测结果的$R_{P}^{2}$和RMSEP分别是0.999 0和1.347 3, 相对分析误差(RPD)为2.5; 镍元素预测结果的$R_{P}^{2}$和RMSEP分别是0.999 5和0.525 4, RPD为8.6, 最终预测的结果优于PLS。 该结果表明了GA-PLS算法在冶金金属元素分析领域具有可持续性挖掘的潜力, 同时也将促进LIBS技术在钢铁冶炼领域更深层次的应用。
钢铁 元素定量检测 激光诱导击穿光谱 化学计量学 Steel Element quantitative detection LIBS Stoichiometry 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1804
甲板漆是海事刑事案件中重要的物证之一，对甲板漆进行快速无损准确的鉴定是法庭科学物证检验的重要分支。红外光谱是常用的快速无损鉴定方法，红外光谱的预处理能够消除谱图的噪声和背景干扰，提高谱图的识别率。实验收集了常见的5种不同品牌的甲板漆共计100个样本，利用支持向量机和贝叶斯判别分析对多个红外预处理组合处理后的甲板漆谱图进行识别，根据识别率来筛选甲板漆红外预处理的最优方法，同时对支持向量机和贝叶斯判别分析的识别效果进行比较。结果表明，贝叶斯判别分析的效果要优于支持向量机，贝叶斯判别分析对经Savitzky-Golay二阶求导平滑和傅里叶自去卷积处理的甲板漆谱图训练集识别率为100%，测试集识别率为96%。该方法分类效果好，定性能力强，对法庭科学中甲板漆的鉴定有一定的借鉴意义。
光谱学 甲板漆 光谱预处理 化学计量学 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1030004
为了实现对油漆物证的快速、无损以及准确分类,实验收集了犯罪现场常见的5个油漆品牌共计50个油漆样本的红外原始光谱数据和导数光谱数据,结合光谱融合技术,建立了基于KNN、SVM以及逐步判别分析的油漆分类模型。实验结果表明:3种分类模型对于融合光谱的识别率要高于单一光谱;KNN以及SVM分类模型对于其中的3种油漆样本识别率高,但对其余2种样本的分类效果并不好,而逐步判别分析模型对5种油漆样本的各种光谱数据识别率均高于KNN和SVM模型,其中采用逐步判别分析中的Smallest F ratio 判别模型对一阶导数光谱和三阶导数光谱融合数据的训练集和测试集实现了完全识别。本文方法的检验效率高,定性能力强,满足公安机关对于相关物证的快速检验要求,为刑事技术人员快速识别油漆物证提供了一种有效的手段。
光谱学 油漆 光谱融合 化学计量学 激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2230002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
2 College of Nuclear Science and Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
3 Center for Computational Materials Science, Department of Physics, University of Malakand, Chakdara, Pakistan
4 College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
5 College of Electronic Science and Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518000, China
Structural geometry, electronic band gaps, density of states, optical and mechanical properties of double perovskite halides (X = F, Cl, Br, I) are investigated using the density functional theory. These compounds possess genuine perovskite stoichiometry, evaluated using various geometry-based indices like tolerance factor, octahedral factor, and formation energy. The fundamental electronic band gaps are direct and valued in the range 0.80–2.79 eV. These compounds have narrow band gaps (except ) due to strong orbital coupling of the cations. The valence band maximum and conduction band minimum are confirmed to be essentially of In 5s and Bi 6p characters, respectively. The splitting of Bi 6p bands due to strong spin-orbit coupling causes reduction in the band gaps. These compounds have large dispersion in their bands and very low carrier effective masses. The substitution of halogen atoms has great influence on the optical properties. The mechanical properties reveal that (X = F, Cl, Br, I) satisfy the stability criteria in cubic structures.
optical materials metal halides density functional theory perovskite stoichiometry spin-orbit coupling Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 030004
中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海,200083
采用沉淀法制备了氧含量不同的VO2-x纳米粉.对样品进行了差式扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的测试,并结合第一性原理的计算结果,具体分析了氧含量对氧化钒纳米粉的晶格特性和结构相变造成的影响:缺氧样品中形成钒填隙,富氧样品中形成氧填隙,两种缺陷分别造成晶胞体积的膨胀;缺陷带来的各向异性造成晶粒形状的改变;同时,不同缺陷态造成的能带中电子状态的改变也可能成为影?煅趸暗慕峁瓜啾涮匦缘闹匾蛩刂?
氧化钒纳米粉 晶格特性 相变 化学剂量比 vanadium oxide nanopowders properties of crystal lattice phase transition stoichiometry
