手持式LIBS结合随机森林用于鱼产品的快速鉴别分析

中国是水产品生产和消费大国。由于不同鱼产品的品质和价格差距悬殊,近缘鱼类外观质地相似等特点,鱼产品掺假和错贴标签的现象频发,直接损害了消费者的消费和健康权益,因此实现鱼产品品种品质的快速检测具有重要的现实意义。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术采用脉冲激光烧蚀样品表面产生激光诱导等离子体,通过探测等离子体的发射光谱实现待测样品元素组分的定性和定量分析,具有无需（或少量）样品预处理、多元素同时检测,分析速度快的优势,在食品快速检测分析方面具有很大的应用潜力。将LIBS技术结合随机森林（RF）算法用于不同种类鱼产品快速鉴别分析。首先对6种鱼肉样品进行压片处理,采用手持式LIBS分析仪采集其光谱数据,可探测到清晰的C、Mg、CN、Ca、Na、H、K、O等元素组分的特征谱线。将原始光谱数据进行归一化预处理,采用主成分分析方法（PCA）进行聚类,发现海水鱼和淡水鱼样品可以区分,而不同海水鱼之间和不同淡水鱼之间的样品则难以有效区分,说明PCA方法对鱼肉LIBS光谱分类能力有限。之后采用非线性的随机森林算法建立分类模型,经过优化RF模型的决策树个数与决策深度,得到鱼肉样品的整体识别正确率为90%。为进一步提高模型识别精度和分析效率,通过RF模型输出的变量重要性进行光谱特征提取,识别正确率提高到94.44%,且模型输入变量由23 431个减少到597个,模型运算时间显著降低。表明RF模型结合变量重要性提取可以很好地将LIBS光谱中变量重要性高、对分类贡献大的弱信号提取出来,有效剔除了谱线噪声、背景、以及其他不相关变量的干扰,提高模型的识别精度和分析效率。也验证了手持式LIBS设备结合机器学习方法用于市场鱼产品快速鉴别分析的可行性。     

KPCA-聚类分析法和用便携式拉曼仪快速鉴别降糖药

对不同种类的降糖药片进行拉曼光谱的核主成分分析(KPCA)-聚类分析,实现快速、简便的鉴别。KPCA可以有效地避免主成分分析(PCA)只能处理线性问题和降维效果不明显的弊端。它通过一个非线性变换,首先将原变量空间映射到高维特征空间,然后在这个高维特征空间中进行线性主成分分析。采集得到的药片拉曼光谱的KPCA-聚类分析结果表明,采用KPCA提取特征变量的聚类结果比采用PCA提取特征变量后进行聚类分析的效果好,并且未经刮除表面包膜的降糖药片识别准确率为96.5%,经过刮除表面包膜处理的降糖药片的识别准确率为100%。便携式拉曼光谱仪结合该方法以其检测速度快、准确率高、使用简便、无样品前处理等显著优势,为药品的快速检验技术提供一种新的有效的鉴别手段。     

手持式X-荧光光谱仪在云南边境口岸进口矿产品快速检测中的应用

为在云南边境口岸充分应用快速检测技术,利用手持式X-荧光光谱仪对标准样品及进口矿产品进行了定性、半定量分析,确定了矿产品中各种元素成分及其含量,与标准样品认证值以及实验室化学分析法测定结果相比较,分析了手持式X-荧光光谱仪对矿产品中元素分析的准确性。结果显示：手持式X-荧光光谱仪能够快速检测元素含量,初步识别、判断矿石品质,可有效提高工作效率,为口岸检测进口矿产品工作提供参考。     

手持式马铃薯品质多通道离散光谱检测装置设计与试验

马铃薯是我国第四大主要粮食作物,随着马铃薯主食化战略的提出,其市场占比逐年攀升,但各地甚至同区域内马铃薯品质参差不齐,严重影响了马铃薯行业的发展。实现马铃薯品质快速无损检测对马铃薯主食化产业的发展有着重要的现实意义。该研究以研发低成本马铃薯品质无损快速检测装置为目的,采用连续投影算法(SPA)分析光谱仪环境下马铃薯加工品质特征波长的分布情况,根据标准正态变换(SNV)预处理状态下的模型结果选取了一个包含7个波段(700, 750, 800, 850, 900, 950和1 000 nm)的多通道光谱传感器,并根据马铃薯特殊的表皮特征及内部质地均匀性,设计了一种手持式马铃薯多品质可见/近红外局部漫透射检测装置。利用研发装置建立了马铃薯多品质偏最小二乘预测模型,马铃薯干物质含量、淀粉含量预测模型验证集均方根误差分别为1.05%和1.02%。同时,基于QT的开发工具,采用C语言编写了实时分析设备控制软件,实现了对马铃薯内部品质的一键式实时无损检测。对研发装置检测稳定性和精度进行了试验验证。结果表明,研发的手持式马铃薯多品质传感器检测装置可以满足现场实时检测需求,为马铃薯主食化产业的发展提供技...     

一种用于手持式播放装置的立体声扩展方法

手持式播放装置的一对立体声扬声器相对倾听者的张角窄、距离近,影响立体声重放效果。针对这类应用提出了一种立体声扩展方法,它采用远场和近场头相关传输函数(HRTF)设计听觉传输滤波器并将低频信号滤除。该方法适应了近距离扬声器重放并避免了窄张角扬声器布置带来的信号处理中过分的低频提升问题。该方法不但能改善重放性能,且对计算和存储量要求较低,适合于手持式播放装置的信号处理硬件配置。声像定位实验验证了该方法的效果。     

光谱重构油菜叶绿素含量快速检测方法及设备研制

为了实现油菜叶片中叶绿素含量的快速无损检测,开发了手持式多光谱成像系统用于采集油菜叶片在460,520,660,740,840和940 nm 六个波段的光谱图像。将一台能够采集可见光/近红外（380～1 023 nm）512个波段光谱图像但是价格高昂且体积大的室内高光谱成像系统作为参考仪器,将手持式多光谱成像系统作为目标仪器后,采用伪逆法（pseudo-inverse method）求得高光谱成像系统和多光谱成像系统两台仪器之间的转换矩阵F,从而实现6个波段的多光谱图像向512个波段的高光谱图像的重构,提高了手持式设备的光谱分辨率。运用偏最小二乘回归算法（PLSR）建立了重构的光谱与油菜叶片的叶绿素含量之间的关系模型。结果表明,重构的可见光范围内的光谱反射率与叶绿素浓度之间具有很强的相关性,PLSR回归模型建模集的决定系数R2_c为0.82,建模集均方根误差RMESC为1.98,预测集的决定系数R2_p为0.78,预测集均方根误差RMESP为1.50,RPD为2.14。虽然应用本文开发的手持式成像系统结合PLSR模型实现油菜叶绿素含量快速无损预测的精度低于基于室内高光谱成像系统获得的高光谱图像建立的PLSR模型（R2_c,RMESC,R2_p,RMESP和RPD分别为0.90,1.41,0.82,1.36和2.37）,但是明显优于基于原始多光谱成像系统4个波段（460,520,660和740 nm）反射率建立的PLSR模型得到的结果（R2_c,RMESC,R2_p,RMESP和RPD分别为0.78,2.06,0.72,1.85和1.88）。表明光谱重构技术可提高多光谱成像预测油菜叶绿素含量的精度,并且与室内高光谱成像系统相比,开发的手持式设备具有体积小、成本低廉和操作简便等优点,可为田间油菜叶片的生理状态和养分检测及可视化表达提供技术支持。     

Direct Current Arc Atomic Emission Detected by a Handheld Spectrometer Based on a Charge Coupled Device

Abstract

A mini-review of recent applications of direct current (DC) arc atomic emission spectrometry is provided. A handheld spectrometer based on a charge coupled device (CCD) is described. This was used as the dispersion and detection unit for a direct current (DC) arc optical emission spectrometer. Atomic emission of barium, copper, iron, lead, magnesium, and zinc from the DC arc source was monitored. Rapid quantitative analysis was realized with limits of detection (LODs) of 1.8 (Zn) to 9.3 (Mg) µg/g for direct solid sampling, and the upper linear ranges of the calibration curves extended at least to 1000 µg/g. In general, the LODs by the CCD compared favorably to those obtained by the traditional photographic method. The advantages include ease of operation, rapid measurement, low cost, digitized signals, downsized and automated instrumentation, and the solid sampling and multielement capabilities for the DC arc source are retained.     

无外接电源富集装置-手持式XRF现场分析水体中重金属

水体中重金属污染越来越受到人们的关注与重视,急需开发高效低耗、利于推广的便携式的水质检测技术,帮助地质及环境领域的工作者现场获取实验数据,对污染区域及时做出准确的水体环境评价,有助于水体污染的预防与治理工作。采用无外接电源的富集装置,在pH 4的条件下以S-930螯合树脂捕集水体中的重金属,经抽滤制得均匀薄膜样,再使用手持式XRF现场分析水体中Mn,Fe,Ni,Cu,Zn和Pb等6种重金属元素。各元素标准曲线的相关性r>0.992,方法检出限为5.8~18.6 μg·L-1,精确度基本控制在15% RSD以内。方法应用于我国东北某矿区周边采集的20余个地表/下水样品的现场分析,检测结果与实验室ICP-MS结果进行了对比：两种方法的Pb,Ni和Cu一致性良好;Zn和Mn含量高的样品,ICP-MS结果高于现场XRF结果,可能因溶液中存在细微悬浮颗粒引起,但总体趋势一致;两种方法对水质类型的总体判断结果一致。本法使用的富集和测量装置体积小、重量轻、便于携带,不使用外接电源,可在12 h内现场完成10个水体样品的采集、前处理操作、结果获取及数据处理等工作,避免实验室分析方法检测工作中存在的交通运输、测试周期长、测试成本高等问题,基本具备了在偏远地区现场分析水体中六种重金属元素、评定水质的能力,具有较好的推广应用前景。     

便携式拉曼光谱仪用于合成大麻素类物质快速定性分析探究

我国于2021年7月将合成大麻素类物质整类列入管制,在一线查缉现场对疑似合成大麻素样品进行快速定性分析是办案民警的迫切需求。研究系统考察了拉曼光谱对合成大麻素的整体区分能力,比较了四款手持式拉曼光谱仪分析实际缴获样品时的结果差异,探讨了制约拉曼光谱在一线查缉现场广泛应用的原因。ProTT-EZRaman-A7便携式拉曼光谱仪的整体性能介于台式拉曼和手持式拉曼之间,选用该仪器采集了90种合成大麻素对照品的拉曼光谱,并利用兼容性强的KnowItAll软件建立了90种合成大麻素通用拉曼光谱库。分析90种合成大麻素的拉曼光谱,结果表明,当不存在荧光干扰时,拉曼光谱可以区分所有合成大麻素物质,但对部分结构相差一个甲基、卤素原子等的结构类似物区分度欠佳。不同款拉曼光谱仪的性能差异大,为考察其原因,本研究选用了四款手持式拉曼光谱仪分别对120份实际缴获合成大麻素样品进行了测定,随后使用KnowItAll软件并选用包含90种合成大麻素的通用拉曼光谱库对每张光谱图进行谱库检索。四款手持式拉曼光谱仪的正确匹配率分别为71.7%, 68.3%, 46.7%和24.2%。抗荧光干扰能力和分辨率的不同是造成不同...     

用手持式农药速测仪酶法现场测定蔬菜中有机磷及氨基甲酸酯农药残毒

检测蔬菜中有机磷类及氨基甲酸酯类农药残留通常采用气相色谱、色谱-质谱联用[1]等方法, 不适应现场快速检测的要求. 关于快速分析方法, 国外主要采用电化学酶传感器法[2], 还有微孔板酶标仪法[3]. 前者存在电极易受污染且需再生处理的麻烦; 后者难以实现现场检测. 国内报道的有酶抑制光度法[4]、单点目视比色法及速测卡法等, 其中目视比色法和速测卡法虽然具有操作简便等优点, 但由于实验误差较大, 灵敏度较低, 只能作为定性分析. 本文在前期工作的基础上[5,6], 研制了一种体积小(140 mm×70 mm×30 mm)、重量轻(整机180 g)、能耗低(电池可连续使用50 h)且现场实用的手持式农药残毒速测仪, 开发了专用试剂包并建立了蔬菜中有机磷类及氨基甲酸酯类农药残毒的现场分析方法, 对6种蔬菜及速冻玉米样品进行了实际检测, 并与GC-MS方法[1]进行了对照, 结果令人满意.