食品行業(yè)
本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達1200個光譜通道。采集速度全譜段可達128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。
藥用明膠空心硬膠囊是一種特殊的藥用輔料，其中鉻含量是國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要檢測指標(biāo)。鉻含量超標(biāo)的膠囊俗稱“毒膠囊”，對人體有很大毒性。目前鉻含量測定采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析法。傳統(tǒng)鉻檢測方法耗時，儀器設(shè)備昂貴，使用大量的硝酸消解易造成二次污染，且儀器操作需要專業(yè)人員完成等。因此，研發(fā)便捷、快速的藥用膠囊鉻含量快速檢測方法有重要的應(yīng)用意義和市場前景。
基于高光譜在重金屬檢測上的可行性本文用常規(guī)的原子吸收光譜法對收集到的正常與鉻含量超標(biāo)的MEHGC檢測的結(jié)果作為對照，再用高光譜采集兩種MEHGC的數(shù)據(jù)，用主成分分析法（PCA）與偏最小二乘法對高光譜數(shù)據(jù)進行分析，最終建立相關(guān)模型，實現(xiàn)對“毒膠囊”的定性檢測。
由于高光譜數(shù)據(jù)由多個波段圖像組成，可把每一幅圖像看作一個特征，若對高光譜數(shù)據(jù)進行降維，將會使得原始數(shù)據(jù)變化到一個新的坐標(biāo)系統(tǒng)，以使圖像數(shù)據(jù)的差異達到最大，所得到的結(jié)果將會與原來圖像相差很大。這一技術(shù)對于增強信息含量，隔離噪聲及減少數(shù)據(jù)維數(shù)非常有效。對高光譜圖像進行PCA 降維后所得到的前4個主成分見圖1。
高光譜圖像的優(yōu)勢之處在于不但有圖像信息，而且有光譜信息。要得到光譜信息，先對每個樣本選擇感興趣區(qū)域，每個感興趣區(qū)域有其光譜響應(yīng)曲線。由于膠囊帽和膠囊體二者之間的顏色不同，為了消除顏色對結(jié)果的影響，每個膠囊選擇2個感興趣區(qū)域（膠囊帽和膠囊體上各選擇一個感興趣區(qū)域），感興趣區(qū)域可在膠囊的高光譜圖像上隨機選取，每個區(qū)域的像素數(shù)范圍為2～6，最終感興趣區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)計算區(qū)域內(nèi)所有像素的平均值。4種不同區(qū)域（分別為正常膠囊和“毒膠囊”的膠囊體和膠囊帽）的光譜曲線見圖2。
在450~900 nm的高光譜數(shù)據(jù)中，通過選擇感興趣區(qū)域得到正常膠囊和“毒膠囊”的光譜數(shù)據(jù)，先對其進行歸一化處理，再通過PLS-DA對數(shù)據(jù)降維及判別分析，當(dāng)選擇4個PLS算子作為輸入特征時，正常膠囊和“毒膠囊”的識別率達到100%，特異度和敏感度也為100%；由此可知，可用PLS-DA判別方法對正常膠囊和“毒膠囊”進行區(qū)分。利用高光譜圖像技術(shù)對“毒膠囊”檢測，可以大大降低傳統(tǒng)方法的復(fù)雜度。
除此之外，若要提高可信度，還須用更寬波段的光譜對樣本進行檢測，例如在熒光或者紫外波段。在對“毒膠囊”進行定性的同時，還需要對其進行定量研究，定量時可考慮制作不同含鉻量的明膠模板，找出模板含鉻量與光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)模型，并以此模型來預(yù)測未知"毒膠囊"的重金屬鉻含量。鑒于"毒膠囊”事件的后續(xù)影響，樣本比較難找，但為了提高檢測的有效性，還需要用多種鉻含量的膠囊樣本做試驗。
