蜂蜜品质的近红外光谱检测方法研究

摘要

蜂蜜作为一种天然的产物，具有较高的营养价值。随着人们生活质量不断上升，保健品的市场需求量逐年增加。蜂蜜作为保健，品市场的畅销商品，其销售市场的供求关系严重失衡，导致蜂蜜市场的产品质量参差不齐，甚至出现勾兑的现象。日前市场上还没有能够快速检测蜂蜜品质的仪器。因此，本课题对蜂蜜品质的快速检测方法展开研究，分析了不同光谱区间对蜂蜜主要成分含量的预测准确率，山此提出一种小型便携式蜂蜜品质的近红外光谱检测方案。论文主要完成了以下几项研究工作： 首先，介绍了近红外光谱吸收原理，确定蜂蜜中糖类物质和水分的近红外吸收峰位置。根据蜂蜜物理属性，确定其近红外光谱的采集方式。比较了常用的三种化学模型识别方法，选取偏最小二乘回归法建立蜂蜜品质的检测模型。 其次，分析比较了纯蜂蜜、水、果糖饱和溶液、葡萄萄糖饱和溶液的近红外光谱，制各了71组不同类型的混合蜂蜜和6组纯蜂蜜样品。将样品光谱分为六组特征波段，采用不同的预处理方式，建立蜂蜜中葡萄糖、水分、蔗糖和果糖的含量检测模型。分析六组特征波段的建模结果，基于检测模型的两个评价指标发现果糖和水分的预测准确性较高，交互验证系数(R)分别可以达到98.34%和99.42%,验证校正标准差(RMSECV)分别为0.782和1.01。对建立的六个检测模型进行可靠性验证，制备了20组检测蜂蜜样品，将测试样品光谱信息代入模型中，得出样品的四个化学含量预测值。将样品四组分的含量预测值与真实值进行分析，分析发现检测蜂蜜的掺杂比例与建模蜂蜜样品的掺杂比例相同时，样品四组分含量预测值与实际值的相对误差较小。根据模型预测结果结合设计要求选取了4850-5120cm-1、5700-6200cm-1和6500-7100cm-1波段进行组合建摸，建立的模型预测准确率高于六个波段独立建模，优化后的建模区间分别是4880-5063cm-1、5800-6070cm-1和6762-7000cm-1，其四组分预测评价指标R在95%以上，RMSECV在1.84以下。因此在4880-5063cm-1、5800-6070cm-1和6762-7000cm-1的波段内，为近红外检测系统的光源波长提供选择区间。 最后，根据三波段组合建模结果结合蜂蜜四组分的特征吸收波长，确定了蜂蜜品质检测的四个光源波长分别是1450nm、1687nm、1869nm和2010nm。设汁了蜂蜜品质的近虹外光谱检测系统方案，完成了检测系统光路部分的光学仿真以及信号采集电路设汁，确定了蜂蜜品质检测方案的可行性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 蜂蜜品质检测国内外研究进展

1.2.1 传统检测手段

1.2.2 化学检测方法

1.2.3 稳定碳同位素比例方法

1.2.4 色谱法

1.2.5 光谱法

1.3 本课题主要研究内容

2 蜂蜜近红外光谱检测方法

2.1 近红外光谱分析原理

2.1.1 分子振动的吸收频率

2.1.2 红外吸收产生的条件

2.2 近红外光谱采集方式

2.3 近红外光谱分析化学模型识别方法

2.3.1 多元线性回归

2.3.2 主成分分析

2.3.3 偏最小二乘回归法

2.4 本章小结

3蜂蜜主要成分的近红外波段建模

3.1 近红外光谱采集实验

3.1.1 实验仪器

3.1.2 实验材料制备

3.1.3 光谱采集

3.2 近红外光谱预处理方法

3.3 校验方法的选择

3.3.1 校验集校验

3.3.2 交叉校验

3.4 模型评价指标

3.5 不同波段建立模型结果分析

3.6 本章小结

4 检测模型的验证

4.1 检验样品的制备

4.2 检测样品的光谱采集

4.3 不同波段模型对检测样品进行组分验证

4.4 结果分析

4.5 本章小结

5 近红外光谱检测系统设计

5.1 系统总体方案

5.2 检测系统光路设计

5.2.1 光源的选型

5.2.2 滤光片的选型

5.2.3 分光系统的设计

5.3 信号采集电路设计

5.3.1 探测器的选型

5.3.2 多路模拟量开关电路设计

5.3.3 A/D转换电路设计

5.3.4 STM32系统电路设计

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献