便携式蔬菜叶片重金属镉含量无损检测仪设计与试验

摘要

针对蔬菜叶片重金属镉检测传统方法存在的检测仪器体积大、检测成本高和具有破坏性等问题,提出一种基于可见光近红外波段光谱蔬菜叶片重金属镉检测方法,并设计了一款无需预处理、检测速度快、体积小且便于携带的重金属镉检测仪,能够适用于移动式的现场检测。配置4个重金属镉胁迫梯度(0、1、3、5 mg/L)营养液,培育各镉胁迫的生菜样本,通过高光谱成像系统采集叶片反射光谱数据,利用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)筛选出3个特征波长(550、680、800 nm),采用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression,PLSR)搭建重金属镉检测模型,该模型测试集相关系数R_(p)为0.9149,测试集均方根误差为0.5271 mg/kg。使用自制的仪器做标定试验,选择A/D采集电压做参考,用标定数据进行建模,模型训练集相关系数R_(c)为0.8581,训练集均方根误差为0.4975 mg/kg,测试集相关系数R_(p)为0.8432,测试集均方根误差为0.5526 mg/kg,模型预测效果较好。最后对便携式重金属镉无损检测仪检测精度进行验证,选取与建模无关的30组镉胁迫生菜叶片实时检测,与标准理化值对比,均方根误差为0.32 mg/kg,绝对测量误差为-0.69~0.66 mg/kg,平均绝对误差为0.26 mg/kg,结果表明检测仪能够实现生菜叶片镉含量的实时无损检测。