红外光谱分析法识别蚕茧雌雄的研究

论文摘要

本文以蚕茧为研究对象,结合化学计量学方法,以校正模型的预测准确率为评价指标开展了红外光谱分析法识别蚕茧雌雄的定性研究,主要从光谱的预处理方法、导数及平滑处理窗口点数的选取、建模参数的选择、仪器间模型效果的比较等方面深入探讨了红外光谱分析技术在定性检测中的几个关键问题,旨在为使用红外光谱分析技术识别蚕茧雌雄的实用化提供前期的理论依据和具体的检测方法。主要研究工作与结论如下:收集了5组不同品种的蚕茧,采用WQF-400N傅里叶变换近红外光谱仪、NIR256-2.2T2近红外光谱仪和TENSOR27傅立叶变换红外光谱仪等不同生产企业、不同仪器类型的近红外仪器和中红外仪器对蚕茧样品的进行红外光谱检测。使用TENSOR27傅立叶变换红外光谱仪测得的蚕茧的红外光谱进行了二阶导数+SGF去卷积平滑+归一化处理,选取合适的预测样品集,建立了PLS+BP校正模型,苏镇×春光、中系蚕茧的预测准确率分别为92.9%和94.3%。使用WQF-400N傅里叶变换近红外光谱仪和NIR256-2.2T2近红外光谱仪测得的蚕茧样品的近红外光谱分别进行了PLS和PCA聚类分析,结果显示两台仪器下的光谱PLS聚类分析好于PCA聚类分析。对两台仪器的样品光谱数据建立了PLS+BP校正模型,并讨论了预处理方法窗口点数、PLS主成分数和BP网络隐层单元数等建模参数对模型效果的影响,由预测准确率得出了模型参数的选取对模型的预测能力十分重要,对选取了最佳的模型参数组合可以有效地提高模型的预测能力。最佳预测结果为:WQF-400N傅里叶变换近红外光谱仪中系、日系样品预测准确率分别为96.0%、100%;NIR256-2.2T2近红外光谱仪中系、皓月×菁松、菁松×皓月、苏镇×春光样品预测准确率分别为92.0%、90.9%、84.0%、94.3%。对同组样品在不同仪器下建立的校正模型结果进行了比较。结果表明同组样品WQF-400N傅里叶变换近红外光谱仪模型的预测准确率高于NIR256-2.2T2近红外光谱仪,其原因是两台仪器上和检测条件和检测方法的不一致性等造成的。对NIR256-2.2T2近红外光谱仪皓月×菁松、菁松×皓月、苏镇×春光样品的光谱数据合并,得到一个325个蚕茧的大样本数据集。用PLS+BP法对样品建立蚕茧性别识别的校正模型,预测准确率达到86.7%。结果表明运用近红外光谱分析技术对多个品种混合情况下的蚕茧也可进行雌、雄定性检测。综上所述,得到了大样本、小样本、多品种混合型蚕茧红外仪器测得的光谱运用PLS+BP建模均有较高的雌雄蚕茧预测准确率的结论,因此采用红外光谱分析法识别蚕茧的性别是可行的,研究结果为红外光谱分析法识别蚕茧性别提供了一条新路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 红外吸收光谱分析概述
• 1.1.1 红外光区的划分
• 1.1.2 红外吸收光谱法的特点
• 1.2 中红外光谱分析技术概述
• 1.3 近红外光谱分析技术概述
• 1.3.1 近红外光谱分析技术的发展过程
• 1.3.2 近红外光谱技术在各领域的应用
• 1.4 红外光谱分析中化学计量学的应用
• 1.4.1 化学计量学的发展及应用
• 1.4.2 化学计量学软件开发
• 1.5 本课题研究的任务、内容和意义
• 第二章 红外光谱分析的相关理论
• 2.1 红外光谱的产生及测定过程
• 2.1.1 理想谐振子模型
• 2.1.2 非谐振性
• 2.2 红外反射光谱分析技术
• 2.2.1 红外漫反射测定法
• 2.2.2 漫反射光谱的采集原理
• 2.2.3 漫反射分析的测样器件
• 2.3 红外光谱定性分析
• 2.3.1 红外光谱定性分析的简介
• 2.3.2 常用的红外光谱定性分析方法
• 2.3.3 红外光谱定性分析方法的一般步骤
• 第三章 红外光谱分析法识别蚕茧雌雄的机理
• 3.1 蚕茧的基本知识
• 3.1.1 蚕茧的外观形质
• 3.1.2 蚕茧结构
• 3.1.3 蚕茧的经济性状指标
• 3.2 雄蚕茧应用领域的前景
• 3.3 红外光谱分析法识别蚕茧的雌雄的原理
• 第四章 MIRS分析法在识别蚕茧雌雄中的应用
• 4.1 试验仪器和水平ATR附件
• 4.1.1 ATR附件的特点
• 4.1.2 水平ATR测试附件的基本原理
• 4.2 试验材料与试验方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 雌雄蚕茧的中红外光谱图
• 4.3 预处理方法的应用
• 4.3.1 平滑处理
• 4.3.2 求导处理
• 4.3.3 归一化处理
• 4.3.4 预处理方法的选择
• 4.4 PLS+BP建模及结果分析
• 4.4.1 偏最小二乘法
• 4.4.2 BP神经网络
• 4.4.3 PLS+BP模型评价指标
• 4.4.4 PLS+BP建模参数的选取
• 4.4.5 PLS+BP建模结果
• 第五章 NIRS分析法识别蚕茧雌雄的试验过程
• 5.1 试验仪器
• 5.1.1 WQF-400N傅立叶变换近红外光谱仪
• 5.1.2 NIR256-2.2T2近红外光谱仪器
• 5.2 试验材料与试验方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 聚类分析法
• 5.4 PLS+BP建模结果及分析
• 5.4.1 数据的样品集划分
• 5.4.2 预处理时窗口点数对建模结果的影响
• 5.4.3 WQF-400N傅立叶变换近红外光谱仪建模结果
• 5.4.4 NIR256-2.2T2近红外光谱仪建模结果
• 5.4.5 两台近红外仪器的建模结果比较
• 5.5 多品种混合样品的建模结果讨论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论和创新点
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录A TENSOR27傅立叶变换红外光谱仪第2组样品预测集分析结果
• 附录B WQF-400N傅立叶变换近红外光谱仪第1组样品预测集分析结果
• 附录C WQF-400N傅立叶变换近红外光谱仪第2组样品预测集分析结果
• 附录D NIR256-2.2T2近红外光谱仪第1组样品预测集分析结果
• 附录E NIR256-2.2T2近红外光谱仪第3组样品预测集分析结果
• 附录F NIR256-2.2T2近红外光谱仪第4组样品预测集分析结果
• 附录G NIR256-2.2T2近红外光谱仪第5组样品预测集分析结果
• 附录H NIR256-2.2T2近红外光谱仪多品种样品预测集分析结果