【摘要】：隨著現(xiàn)代物質(zhì)生活水準(zhǔn)的提升,綠色安全的農(nóng)產(chǎn)品已然成為人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)注的焦點(diǎn),農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全與否直接關(guān)系到人們的身體健康。蔬菜中重金屬殘留超標(biāo)對(duì)人體有重大的影響,而且殘留在蔬菜中的重金屬元素?zé)o法通過浸泡清洗和煮沸的方式去除的,食用了含有殘留重金屬元素的果蔬對(duì)人體的危害極大,重金屬在人體內(nèi)具有累積性,潛伏期長(zhǎng)。馬鈴薯是我國(guó)的五大主食之一,同時(shí)也是全球第三大糧食作物,僅次于小麥和玉米,馬鈴薯中的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、產(chǎn)量高。但是種植在污染土壤的馬鈴薯會(huì)對(duì)重金屬元素有富集作用,進(jìn)而影響到馬鈴薯的品質(zhì)。為此,急需發(fā)展一種全新的綠色快速有效的物質(zhì)成分檢測(cè)技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)以其快速、綠色環(huán)保、多元素同時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的研究者的關(guān)注。因此,本工作以驗(yàn)證LIBS檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品中應(yīng)用的可行性為研究目的,以馬鈴薯中的重金屬元素鉛和鉻為研究對(duì)象展開。首先搭建了LIBS快速檢測(cè)試驗(yàn)裝置,為了使LIBS在農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢測(cè)中獲得較好的檢測(cè)效果,對(duì)LIBS試驗(yàn)裝置參數(shù)(如光纖采集角度、聚焦點(diǎn)位置等)進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后探討濕樣馬鈴薯樣品中的含水量對(duì)LIBS檢測(cè)靈敏度的影響,對(duì)比干樣和濕樣馬鈴薯樣品的LIBS檢測(cè)結(jié)果可知干樣馬鈴薯樣品檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性明顯優(yōu)于濕樣馬鈴薯樣品。因此,為了提高馬鈴薯LIBS檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性,對(duì)濕樣馬鈴薯進(jìn)行真空冷凍抽濕、粉碎研磨等簡(jiǎn)單的預(yù)處理,然后將馬鈴薯粉末進(jìn)行手動(dòng)壓片制樣。其次對(duì)LIBS試驗(yàn)采集參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,分析了光譜采集延遲時(shí)間,光譜采樣門寬和激光能量值對(duì)LIBS信號(hào)采集的影響,最終確定光譜采集延遲時(shí)間,光譜采樣門寬和激光能量值的最佳參數(shù)值為2μs、8ms和90mJ。最后針對(duì)96個(gè)污染馬鈴薯樣品的LIBS光譜數(shù)據(jù),分別進(jìn)行3點(diǎn)到17點(diǎn)平滑處理,將平滑后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換、均值中心化、求導(dǎo)去噪(一階求導(dǎo)和二階求導(dǎo))和多元散射校正預(yù)處理;然后分別應(yīng)用一元線性回歸、偏最小二乘法和聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘法建立了的馬鈴薯樣品Pb、Cr重金屬元素LIBS光譜信號(hào)強(qiáng)度與其濃度關(guān)系的模型,進(jìn)行預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的比較。試驗(yàn)結(jié)果表明激光誘導(dǎo)擊穿光譜用于馬鈴薯重金屬元素檢測(cè)是可行的,為激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在其它農(nóng)產(chǎn)品重金屬中的快速檢測(cè)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
[Abstract]:With the improvement of modern material living standards, green and safe agricultural products have become the focus of our daily life, and the quality and safety of agricultural products have a direct bearing on people's health. Heavy metal residues in vegetables have a significant impact on the human body, and the residual heavy metal elements in vegetables can not be removed by soaking and boiling. Eating fruits and vegetables containing residual heavy metal elements is very harmful to human body. Heavy metals are accumulated in the human body and have a long incubation period. Potato is one of the five staple foods in China, and it is also the third largest food crop in the world, which is second only to wheat and corn. The potato has high nutritional value, strong adaptability to the environment and high yield. But potato grown in contaminated soil can enrich heavy metal elements and affect the quality of potato. Therefore, it is urgent to develop a new green rapid and effective material composition detection technology. Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) technology has attracted more and more attention due to its advantages of fast, green and multi-element simultaneous detection. Therefore, the purpose of this study was to verify the feasibility of the application of LIBS detection technology in agricultural products, and the heavy metal elements lead and chromium in potato were studied. In order to get better detection effect of LIBS in agricultural products, the parameters of LIBS test device (such as the angle of optical fiber acquisition, focus position) were adjusted. Then, the effect of water content in wet potato samples on the sensitivity of LIBS detection was discussed. Compared with the LIBS detection results of dry and wet potato samples, the sensitivity and stability of dry potato samples were obviously better than that of wet potato samples. Therefore, in order to improve the sensitivity and stability of potato LIBS detection, the wet potato was pretreated by vacuum freezing and grinding, and then the potato powder was made by pressing the sample manually. Secondly, the acquisition parameters of LIBS test are optimized, and the effects of spectrum acquisition delay time, spectral sampling gate width and laser energy value on LIBS signal acquisition are analyzed. Finally, the spectrum acquisition delay time is determined. The optimum parameters of spectral sampling gate width and laser energy value are 2 渭 s ~ 8ms and 90mJ. Finally, the LIBS spectral data of 96 contaminated potato samples were smoothed from 3 to 17:00, and the smooth data were transformed into standard normal variables and the mean value was centered. The derivation denoising (first order and second order derivation) and multivariate scattering correction are preprocessed, and then the linear regression is used respectively. The relationship between the LIBS signal intensity and the concentration of Pb Cr heavy metal elements in potato samples was established by partial least square method and combined interval partial least square method, and the predicted values were compared with the actual values. The results show that laser induced breakdown spectroscopy is feasible for the detection of heavy metals in potato, which provides a theoretical basis and technical support for rapid detection of heavy metals in other agricultural products by laser induced breakdown spectroscopy.
【學(xué)位授予單位】：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S532;TN24;O433

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本文編號(hào)：2144008