近紅外光譜分析技術(shù)在大米檢測中的應(yīng)用

◎ 魏瑜琳

（廣西壯族自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，廣西 南寧 530007）

1 近紅外光譜分析技術(shù)

1.1 近紅外光譜分析技術(shù)的含義

近紅外光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)是近紅外光和近紅外光譜，利用的光的波長介于可見光區(qū)與中紅外區(qū)，主要利用的是電磁波，對有機物質(zhì)定性進(jìn)行定量分析的一種分析技術(shù)。近紅外光的波長780～2 500 nm，其波數(shù)范圍為12 500～4 000/cm，近紅外光譜分析技術(shù)的英文簡稱是NIR，目前已被廣泛應(yīng)用于我國的食品檢測和糧油檢測中。

1.2 近紅外光譜分析技術(shù)的工作原理及其方法

近紅外光譜分析技術(shù)能夠吸收、反射、散射近紅外光譜區(qū)中所包含的信息，利用含有C、N、O和S等元素與H進(jìn)行不同搭配的有機官能團(tuán)的樣品，再結(jié)合相關(guān)的化學(xué)計量學(xué)方法對其進(jìn)行定性、定量的快速、無損分析。而近紅外光譜則是由分子振動能級的躍遷或分子同時伴隨轉(zhuǎn)動能級的躍遷而產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的方式主要有投射和漫反射兩種。

朗伯-比爾的吸收定律表明，不同的基因產(chǎn)生的光譜在吸收峰位置和強度上會有不同的表現(xiàn)，且近紅外光譜特征也會隨著樣品成分的含量增減而發(fā)生變化。通常情況下，不同形態(tài)的樣品會采用不同的測量、分析方法，對液態(tài)的樣品會采用透射測定法來進(jìn)行測定，而固態(tài)的樣品則會采用漫反射的測量、分析方法，其具體公式如式（1）和式（2）。

該公式主要是用近紅外光譜分析技術(shù)中的透射測定法測定液體物質(zhì)樣品。其中，A：吸光度；l：在測量時的光程的長度；￡：摩爾吸光系數(shù)或者是吸收系數(shù)；c：吸光組分在樣品中的濃度；T：透射率。

該公式主要是用近紅外光譜分析技術(shù)中的漫反射測定法測定固體物質(zhì)樣品。其中，A：吸光度；R：漫反射率；I：所測得的樣品的漫反射光強度；Ie：背景。

綜上所述為是近紅外光譜分析技術(shù)的工作原理、測量方法和測量模型，但在實際的操作過程中發(fā)現(xiàn)，任何單一的測量方法尤其是漫反射測量法中的吸光度光譜與樣品中吸光成分濃度間的關(guān)系并不會完全的服從朗伯-比爾的吸收定律。在此情況下，為更好地利用近紅外光譜分析技術(shù)，Kubekla與Munk一起提出新的近紅外光譜分析技術(shù)模型——雙流傳輸模型[1]，該模型能夠有效地避免上述中存在的問題，已被光譜分析領(lǐng)域的專家學(xué)者普遍接受。

1.3 近紅外光譜分析技術(shù)的功能和作用

近紅外光譜分析技術(shù)的創(chuàng)新點在于其不僅能適用于定量法分析，還能適用于定性分析，具有分析高效方便快捷、成本低、污染小、所測樣品無需提前處理、能夠在線監(jiān)測和實時分析、多組分可以同時測定、重現(xiàn)性好、效率高、能夠?qū)悠愤M(jìn)行無損檢測和測量快速等功能和優(yōu)勢，近紅外光譜分析技術(shù)的功能極大地可促進(jìn)我國分析技術(shù)的進(jìn)步，提高我國糧食、食品等產(chǎn)品的測量、分析質(zhì)量。

2 近紅外光譜分析技術(shù)在大米檢測中的應(yīng)用

2.1 近紅外光譜分析技術(shù)在大米品種鑒定中的運用

在傳統(tǒng)的品種鑒定技術(shù)中，鑒定大米的品種主要是根據(jù)大米的外觀形狀、口感及其組分等，但這種鑒定方法既依賴于個人又依賴于技術(shù)條件，使鑒定的結(jié)果往往易受到個人主觀因素的影響，不客觀也不具體，存在一定的盲區(qū)。鑒于此，人們將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于大米的品種鑒定中，采用的測定方法為主成分測定法，其主要的步驟流程有以下3步：①是定性分析不同主成分的大米，并加以歸類；②是利用小波變換技術(shù)提取近紅外光譜的相關(guān)特征信息；③是借助計算機技術(shù)，建立相關(guān)的測定模型，并將光譜特征信息作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入建立品種識別模型，以此達(dá)到鑒定大米品種的目的[2]。相關(guān)學(xué)者通過用近紅外光譜分析技術(shù)對5種大米進(jìn)行測定，測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率達(dá)100%。

2.2 近紅外光譜分析技術(shù)在大米品質(zhì)檢測中的運用

社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，既給人類帶來更多的物質(zhì)財富和精神財富，但同時也會衍生出一系列負(fù)外部效應(yīng)。市場經(jīng)濟體制建立以來，市場在資源配置中的基礎(chǔ)性、決定性作用日益顯現(xiàn)，極大地活躍了商品市場，為人類創(chuàng)造更多的財富。但同時，也暴露出市場機制的一些固有缺陷，尤其是部分市場經(jīng)營主體為謀取更多利益，在商品交易過程中制假摻假，這既極大地破壞了市場秩序，也嚴(yán)重地威脅到了消費者的安全。為有效檢測關(guān)乎國計民生的大米品質(zhì)，保證消費者的合法權(quán)益，近紅外光譜分析技術(shù)在大米品質(zhì)檢測中應(yīng)運而生。

利用近紅外光譜分析技術(shù)檢測大米品質(zhì)，主要是利用近紅外漫反射光譜技術(shù)來分析大米淀粉中的碘藍(lán)值，這是因為大米中的直鏈淀粉的含量是影響大米品質(zhì)的直接因素[3]。其主要的測量步驟如下：①先利用近紅外光譜技術(shù)測量大米的淀粉碘藍(lán)值；②運用多元線性回歸分析、主成分回歸分析和偏最小二乘回歸分析等方法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；③進(jìn)行實驗，利用近紅外光譜分析法檢測54個水稻品種的表現(xiàn)直鏈淀粉含量，并與之前的結(jié)果進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)利用近紅外光譜分析技術(shù)所測量的值誤差更小，更準(zhǔn)確，并能很好地區(qū)分出糙米、精米。

3 結(jié)語

糧食作物大米是人們賴以生存的主要食物組成部分之一，在整個人類社會中占據(jù)著重要的地位。利用近紅外光譜分析技術(shù)科學(xué)、定量地檢測大米的性能、組分，能夠有效地促進(jìn)我國大米種植技術(shù)、大米市場交易的良性、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張 卉，宋 妍，冷 靜，等.近紅外光譜分析技術(shù)[J].光譜實驗室，2007（3）：388-395.

[2]馮 放.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)及其應(yīng)用[J].生命科學(xué)儀器，2007（10）：9-13.

[3]高榮強，范世福.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)的原理及應(yīng)用[J].分析儀器，2002（3）：9-12.