近红外光谱与化学计量学方法用于镉污染稻米的定性鉴别.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第4期2015年4月ChineseJournalofAnalyticalChemistry599～603DOI·10．11895／j．i鲫1．0253-3820．14~68近红外光谱与化学计量学方法用于镉污染稻米的定性鉴别朱向荣，李高阳1,2黄绿红苏东林刘伟单杨(湖南省农业科学院湖南省食品测试分析中心，长沙410125)(中南大学研究生院隆平分院，长沙410125)摘要采用近红外光谱漫反射模式结合化学计量学方法对稻米镉含量是否超标进行可行性鉴别分析。本研究收集了120个样

2、本，测定其镉含量值(合格49个，不合格71个)。对光谱数据预处理方法优化，确定了平滑，一阶导数以及自归一化后的数据作为输人变量。采用竞争性自适应重加权算法筛选了45个关键变量，并对上述变量的光谱吸收带进行归属。比较了主成分分析一判别分析法、偏最小二乘识别分析、线性判别分析、最近邻法与簇类独立软模式法5种模式识别方法。确定采用偏最小二乘识别分析建模效果最好，模型训练集与预测集鉴别准确率分别达到98．8％与91．7％。结果表明，近红外光谱作为初筛方法可用于鉴别稻米中镉含量是否超标。关键词近红外光谱；化学计量学；稻米；镉；污染

3、；定性鉴别1引言水稻是我国主要的粮食作物，65％的中国人以稻米为主食，稻米品质的优劣直接关系到人体健康水平。镉(Cd)是自然界中广泛存在的重金属元素，具有较强的毒性。水稻被认为是镉吸收最强的大宗谷类作物，镉容易被水稻吸收并积累⋯。稻田镉污染通过通过土壤．植物一人体的食物链途径传递，严重威胁到食用者健康_2]。石墨炉原子吸收光谱法(GF—AAS)与电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)等分析方法被广泛用于农产品中镉含量的测定。这些方法虽然灵敏度高、准确性好，但也存在着需要专业人员操作、繁杂的样品前处理以及消耗大量的强酸试剂等

4、缺点。近红外(Nearinfrared，NIR)光谱具有快速、便捷、无损等优点，在稻米各种营养指标检测中均有应用。虽然无机元素在NIR光谱区并没有吸收，但是有机物质通过螯合或络合的方式与无机元素形成螯合物或络合物，从而这些物质在近红外光谱区有相应的响应与吸收_3．4]。研究者采用NIR光谱方法对动物样品_5]、植物样品E9以及水样I】]中的重金属元素进行定性与定量分析，但对镉污染稻米的研究鲜有报道。由于稻米待检的cd含量低，特征变量较难识别，这为NIR光谱分类带来困难。本研究采用化学计量学方法结合模式识别方法构建最优分类

5、器，建立稻米镉含量是否超标的定性模型，实现类间差异微小的NIR光谱有效分类。并对光谱预处理方法与光谱变量筛选做了系统考察，取得了满意效果。2实验部分2．1仪器与试剂AA-6800石墨炉原子吸收光谱仪(日本岛津公司)。NicoletAntarisII傅里叶变换近红外光谱仪(美国Thermo公司)，配有积分球漫反射采样系统，InGaAs检测器，Omnic7．3光谱采集软件，TQAnalystv6．2．1分析软件，采用Matlab7．1软件(MathworkInc．)进行数据处理。实验用镉标准贮备液(1000mg／L)与大米粉

6、中镉成分分析标准物质(GBW08511)(0．504mg／L)均由国家标准物质中心提供。其它试剂均为分析纯。2．2实验方法2．2．1样本收集本实验所用的120个稻米样本均采自湖南省长沙县北山镇农田。2014-09-24收稿：2015-01-29接受本文系科技部“十二五”国家科技支撑计划(No．2012BAK17B17)，农业部农业科研杰出人才培养计划，湖南省科技重大专项(No．2011FJ1002-4)资助项目}E—mail：shanyang．-jgs@163．com600分析化学第43卷2．2．2原子吸收光谱法采用{G

7、B／T5009／15．2003食品中镉的测定》方法进行测定。准确称量0．5g样品于250mL锥形瓶中，加入20mLHNO，采用沙浴加热进行消化，加热至锥形瓶中的溶液变澄清停止加热，冷却后，用去离子水溶解并定容至25mL，待测。每批均采用含镉稻米标准物质进行质控．并以空白样品(仅试剂)消除背景。2．2．3近红外光谱方法NIR光谱采用漫反射检测系统，扫描波数100004000cm～，扫描次数32次，分辨率8cm一，增益为2。内置背景为参照。每批样品3次平行实验，取其平均光谱，以消除样品不均匀性带来的干扰2．2．4化学计量学方

8、法采用基于马氏距离的Kennard—Stone(KS)[15法，选择有代表性校正集的样本。归一化主要采用均值中心化(Meancentering，MC)、白归一化(Autoscaling)与Pareto归一化3种方法。采用竞争性自适应权重取样法(Competitiveadaptivereweightedsampling