皮毛的近红外光谱快速无损定性分析方法与制作流程

本技术公布了一种毛皮的快速无损定性分析方法和设备。

基于分子光谱和化学计量学方法开发了一种毛皮检测设备，通过光谱采集和数据处理，实现了毛皮快速分类检测。

技术要求
1.基于分子光谱信息和化学计量学方法开发了一种毛皮的快速无损定性分析方法，包括方法原理，方法程序，检测设备、光谱采集方法、数据处理方法。

2.根据权利要求1所述的方法原理特征在于：近红外定性是用已知类别的样品建立近红外定性模型，然后用该模型考察未知样品是否该类物质；也就是将近红外光谱或其压缩的
变量组成一个多维的变量空间，同类物质在该多维空间位于相近的位置，未知样品的分
析过程就是考察其光谱是否位于某类物质所在的空间。

3.根据权利要求1所述的方法程序特征在于：
（1）训练过程：采集已知样品的光谱，然后采用一定数学方法识别不同类型的物质；（2）验证过程：用不在训练集中的样品考察模型能否正确识别样品类型；
（3）使用阶段：采集未知样品的光谱，将它与已知样品的光谱进行比较，判断其属于哪类物质。

4.根据权利要求1所述的检测设备特征在于：
1）检测设备主要组成部分包括光谱采集系统（光源、单色器、检测器、样品）、微处理器和分析软件等；
2）光路流程:由光源发出的光是复合光，照射样品后产生散射光，收集其部分散射光，经单色仪分光后，送入检测器检测，得到样品的分子光谱；照射样品步骤可以在单色器
前，也可以在单色器后；
3）设备形式可以是便携式、也可以是实验室台式、也可以是在线式；
4）数据处理使用的电脑可以是台式计算机、笔记本电脑、也可以是嵌入式计算机；
5）光谱分析系统的软件具有光谱实时采集和定性模型建立、待测样本类型与模型界外样本的判断等功能；还包括数据与信息显示、数据管理功能、通讯功能、故障诊断与安全功能、监控功能、网络化等功能。

5.根据权利要求4中1）所述的单色仪工作原理特征在于：可以是光栅分光、或者是干涉与傅里叶变换、或者是AOTF、或者是滤光片、或者微镜阵列等。

6.根据权利要求4中1）所述的检测器可以是单点检测器，也可以是固定线性阵列检测器。

7.根据权利要求1所述的光谱采集方法特征在于：
1）采集方式为漫反射；
2）样品状态可以是原始样品，也可以是剪碎的样品；
3）光谱测量过程中，样品可以处于静态状态，也可以在线运动状态；
4）光谱可以是一次测量的光谱，也可以多次测量的平均光谱；
5）光谱波长范围可以是覆盖700-2500nm的全谱，也可以其中某个波长，或某个波段，或者它们之间组合；
6)光谱分辨率为0.1-20nm中任意波长宽度。

8.根据权利要求1所述的数据处理方法特征在于：
1）所使用的预处理方法包括：微分、平滑、光散射校正（MSC）、中心化、PCA数据降维、小波处理、水分扣除等任意一种，或者其中之间的任意组合；
2）所使用模式识别方法包括主成分分析、距离、SIMCA、PLS-DA、K最临近法、FISHER线性判别、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或者其中之间的任意组合。

9.根据权利要求1所述的毛皮快速无损定性分析方法和设备适用于各类动物毛皮定性分类。

技术说明书
皮毛的近红外光谱快速无损定性分析方法
技术领域
本技术公布了一种毛皮快速无损定性分类方法和设备，特别涉及一种毛皮的近红外光谱快速无损定性分类方法和设备。

背景技术
随着人民生活水平的提高，人们更加注重穿着，对高档毛皮衣物的需求越来越多。

我国野生动物资源丰富，种类繁多，我国是世界裘皮生产、加工及消费中心，是毛皮产业大国。

市场上，不良厂商在巨额利润的驱动下，销售仿制、伪制甚至假冒的皮毛产品，普通消费者对于毛皮的真假并不具备鉴别能力，而目前纤维检测体系中缺乏毛皮纤维的检测标准，亟待研究建立起一套切实可行的检测标准。

目前，我们鉴别动物毛皮种类使用较多的标准有QB/T1261-1991《毛皮工业术语》和
GB/T16988-1997《特种动物纤维与绵羊毛混合物含量的测定》，QB/T1261-1991仅介绍了毛皮的工业术语，而没有提及毛皮种类的鉴别方法，GB/T16988-1997仅介绍了羊毛和兔毛的显微镜鉴别法，对于其他种类的动物毛皮的鉴别方法没有提及，国内外动物毛皮的鉴定仍然没有统一的技术标准或较成熟的鉴别方法。

实验室用于鉴别纤维的试验方法很多。

目前，国内外毛皮纤维鉴别的方法主要有宏观观察法、光学显微镜观察法、扫描电镜法和DNA分析法等。

由于常规检测方法或因操作复杂、制样困难、或因实验条件要求苛刻、准确度难以保证，或因不可排除的主观因素的干扰，或因最终区分效果不明显，最终都未能实现对毛纤维的快速、准确的鉴别。

近红外光谱分析技术是利用有机分子某些官能团扭曲、拉伸等振动谐波及其组合带吸收与样品待测组分之间通过化学计量学的多元校正方法。

依靠样品间光谱信息的细微差别来对样品进行定量或定性分析的，是一种物理的分析方法。

近红外光谱分析技术以其快速、简便、高效等优势已被人们认识和接受。

其应用范围也由谷物、饲料扩展到食品、果蔬和纺织等领域。

因此，本技术将其运用于动物毛皮纤维的鉴别中。

技术内容
基于分子光谱信息和化学计量学方法开发了一种毛皮的快速无损定性分析方法，包括方法原理，方法程序，检测设备、光谱采集方法、数据处理方法。

方法原理特征在于：近红外定性是用已知类别的样品建立近红外定性模型，然后用该模型考察未知样品是否该类物质；也就是将近红外光谱或其压缩的变量组成一个多维的变量空间，同类物质在该多维空间位于相近的位置，未知样品的分析过程就是考察其光谱是否位于某类物质所在的空间。

方法程序特征在于：
（1）训练过程。

采集已知样品的光谱，然后采用一定数学方法识别不同类型的物质。

（2）验证过程。

用不在训练集中的样品考察模型能否正确识别样品类型。

（3）使用阶段。

采集未知样品的光谱，将它与已知样品的光谱进行比较，判断其属于哪类物质。

检测设备特征在于：
1）检测设备主要组成部分包括光谱采集系统（光源、单色器、检测器、样品）、微处理器和分析软件等。

2）光路流程:由光源发出的光是复合光，照射样品后产生散射光，收集其部分散射光，经单色仪分光后，送入检测器检测，得到样品的分子光谱。

照射样品步骤可以在单色器前，也可以在单色器后。

3）设备形式可以是便携式、也可以是实验室台式、也可以是在线式。

4）数据处理使用的电脑可以是台式计算机、笔记本电脑、也可以是嵌入式计算机。

5）光谱分析系统的软件具有光谱实时采集和定性模型建立、待测样本类型与模型界外样本的判断等功能；还包括数据与信息显示、数据管理功能、通讯功能、故障诊断与安全功能、监控功能、网络化等功能。

单色仪工作原理特征在于：可以是光栅分光、或者是干涉与傅里叶变换、或者是AOTF、或者是滤光片、或者微镜阵列等。

检测器可以是单点检测器，也可以是固定线性阵列检测器。

光谱采集方法特征在于：
1）采集方式为漫反射；
2）样品状态可以是原始样品，也可以是剪碎的样品；
3）光谱测量过程中，样品可以处于静态状态，也可以在线运动状态；
4）光谱可以是一次测量的光谱，也可以多次测量的平均光谱；
5）光谱波长范围可以是覆盖700-2500nm的全谱，也可以其中某个波长，或某个波段，或者它们之间组合；
6)光谱分辨率为0.1-20nm中任意波长宽度；
数据处理方法特征在于：
1）所使用的预处理方法包括：微分、平滑、光散射校正（MSC）、中心化、PCA数据降维、小波处理、水分扣除等任意一种，或者其中之间的任意组合；
2）所使用模式识别方法包括主成分分析、距离、SIMCA、PLS-DA、K最临近法、FISHER线性判别、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或者其中之间的任意组合。

本技术公布的一种毛皮快速无损定性分析方法和设备适用于各类动物毛皮定性分类。

附图说明
图1样品光谱；
图2、3、4、5、6毛皮的SIMCA分类结果；
Q表示光谱残差平方和； T2表示 Hotelling T2检验中的一种测度。

实施案例
下面以狐狸毛、貉子毛、水貂毛、兔毛和羊皮毛作为实施案例对本技术专利的应用情况做具体说明，但是本技术专利的范围并不局限在以下实施例中。

1）校正模型的建立
首先采集已知样品的光谱如图1，从原图中无法对各类皮毛进行分类，然后对原始光谱进行一阶求导和均值中心化的预处理，而后建立SIMCA分类模型，并对建立的模型进行验证，验证结果如图2、3、4、5、6，由图中结果可以看出狐狸毛、貉子毛、水貂毛、兔毛和羊皮毛的分类效果都很好。

2）实际应用
使用本技术方法和设备对已知皮毛种类的18（其中狐狸毛4、貉子毛6、水貂毛2、兔毛5和羊皮毛1）个样品进行分类测试，正确率为100%。