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cyqdesign

2008-11-12 23:23

傅里葉變換近紅外光譜分析技術(shù)在茶葉中的應(yīng)用

近紅外光譜分析技術(shù)近年來巳成功應(yīng)用于食品、煙草、藥品及化工等諸多行業(yè)產(chǎn)品的分析測定，特別在農(nóng)副產(chǎn)品的品性分析上，因其快速、無需前灶理、非破壞性及多組分同時定量分析等優(yōu)勢而得到更為廣泛的應(yīng)用。日本早在70年代就已將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于茶葉多種組分的定量分析，如茶多酚、咖啡堿、全氮量、粗纖維等的定量分析，并取得了良好的效果。國內(nèi)應(yīng)用近紅外光譜測定茶葉中的成分也有報道，但局限在傳統(tǒng)的運用特定波長確定某種成分的多元回歸方程的研究階段。目前，隨著化學(xué)計量學(xué)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，近紅外光譜分析已轉(zhuǎn)向以分析弱信號和多組分多元信息處理為基礎(chǔ)的階段。特別是隨著80年代傅里葉變換在近紅外光譜儀中的應(yīng)用，增加光通量，提高了信噪比，使所得譜線平滑，從而使近紅外技術(shù)有效地應(yīng)用于大量樣品的高精度快速分析。本文通過運用德國Bruker公司的FT-NIR光譜儀(IFS 28／N型)和隨機配送的OPUS QUANT-2定量和IDENT 定性分析軟件對茶樹活體(葉片)、茶葉及茶制品的近紅外光譜進行掃描和分析，并結(jié)合傅里葉變換近紅外光譜儀在其他諸多行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討它在茶葉領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的特點及前景．

一、應(yīng)用原理及特點

1.應(yīng)用原理

近紅外光譜區(qū)介于可見光區(qū)與中紅外光區(qū)之間，波長范圍為0.75～2.5μm，渡數(shù)范圍為4000～13330/cm。由于近紅外光譜區(qū)與有機分子中含氫基團(C-H、O-H、N-H)振動的合頻與各級倍頻的吸收一致，因此通過掃描樣品的近紅外光譜，可得到樣品中有機分子古氫基團的特征振動信息茶葉中的大多數(shù)有機化合物如茶多酚、氨基酸、蛋白質(zhì)、咖啡堿、還原糖、多糖(纖維素、半纖維素、淀粉、果膠)等都含有各種含氫基團，所通過對茶葉的近紅外光譜分析可“ 測定這些成分的含量。而茶葉的品質(zhì)或品性與它所含有的各種化學(xué)成分直接相關(guān)。如纖維素、半纖維素的吉量決定了茶葉的老嫩度，氨基酸、茶多酚、咖啡堿含量及比例決定了茶沖泡后的口感。由此看出，通過分析茶葉的近紅外光譜，不僅可得到各種化學(xué)成分的含量，還能以此為依據(jù)，進一步建立關(guān)于茶葉優(yōu)劣、級別、真假識別“及品種鑒定等一系列快速分析模型，從而可以從根本上避免現(xiàn)在茶葉化學(xué)測定的繁瑣和人工審評中因個人好惡帶來的誤差。

傅里葉變換近紅外光譜儀所運用的傅里葉變換技術(shù)是通過機內(nèi)的邁克爾遜干涉儀動鏡的勻速運動把待分析光變成干涉光(干涉圖)，干涉圖是分析光的干涉強度隨光程度變化的函數(shù)，也是干涉強度隨時問變化的函數(shù)。機內(nèi)的計算機采集干涉圖的數(shù)據(jù)，通過傅里葉變換(多次的數(shù)值積分)，把干涉圖變換成光譜圖。由于干涉光提供了很高波長分辨率的全光譜，因此傅里葉變換后的信號提供了較其他類型儀器通常所能達到的更高信噪比。傅里葉變換技術(shù)是信號姓理和渡譜解析的有力手段，利用傅里葉變換可從數(shù)據(jù)中提取更多的有用信息，即傅里葉級數(shù)擬合原光譜曲線，用較少項的級數(shù)就可獲得與原光譜良好的近似，從而使所得譜線平滑，消除了部分噪音。因此傅里葉變換技術(shù)能使近紅外光譜儀有效地應(yīng)用于大量樣品的高精度快速分析。

2．應(yīng)用的方法和特點

(1)茶葉近紅外光譜法測定步驟

運用近紅外光譜鍘定茶葉樣品中所含的某種化學(xué)成分，首先要建立光譜特征與該成分含量之間的數(shù)字模型。具體過程如下：① 選擇一定數(shù)量(60份以上)具有代表性的茶葉樣品(又稱標準樣品集) 2.用其他測試儀器或化學(xué)方法準確測定各份茶葉中要預(yù)測成分的含量，作為真實值；3.用傅里葉變換蚯紅外光譜儀掃描標準樣品．集中各份茶葉的近紅外光譜圖；④ 運用隨機軟件(0PUS QUANT-2定量分析軟件)中的化學(xué)計量學(xué)方法、偏最小二乘法(PLS)在計算機內(nèi)建立茶葉近紅外光譜圖和化學(xué)成分真實值之間的對應(yīng)模型；5.在以后運用該模型進行性速測定時還可以不斷地進行檢驗和校準。多組分測定時，只須對標準樣品集中各份茶葉進行多組分測定，建立各組分和茶葉蚯紅外光譜圖對應(yīng)的模型即可。

測定時只需掃描待測茶葉樣品的近紅外光譜，通過欲測成分的對應(yīng)模型就可以得到樣品中該成分的含量。所以說傅里葉變換近紅外光譜儀不同于液相色譜、氣相色譜等大型測試儀器，它測定樣品成分含量的方法是建立在化學(xué)測定法或其他儀器測定基礎(chǔ)之上的，可以稱之為“再生”的測定方法。

(2)特點

傅里葉變換近紅外光譜法在建立模型時，需要挑選有代表性的標準樣品集并進行大量的化學(xué)測定，是一項耗時長且相當繁瑣的工作而且模型將來對未知樣品預(yù)測的準確度完全取決于模型韌建時化學(xué)測定的精確與否，這就要求化學(xué)測定一定要精確可靠。否則模型的可靠性就會降低。但只要模型準確建立，在進行茶葉樣品組分測定時，樣品盂需進行任何前處理(如提取、消化等)就可直接進行近紅外圖譜掃描，做到無損檢測。并快速而準確地測得組分含量，掃描后的樣品還可以挪作他用。

傅里葉變換近紅外光譜法還特別適合茶葉樣品的多組分快速測定，測定時只要對樣品進行一趺近紅外圖譜掃描。通過各組分的數(shù)學(xué)模型可以在短時間內(nèi)一次性同時測定束知樣品多種組分的含量。