近红外光谱法在茶叶品质检测中的应用张君岱ppt课件

有机物以及部分无机物分子中各种含氢基团在遭到近 红外线照射时，被激发产生共振，同时吸收一部分光 的能量，丈量其对光的吸收情况，可以得到极为复杂 的红外图谱，这种图谱表示被测物质的特征。
在近红外光谱分析中，被测物质的近红外光谱取决于 样品的组成和构造。样品的组成和构造和近红外光谱 之间有着一定的函数关系。
现今近红外光谱仪精细度不断提高计算机技术和化学计量学不断开展因此建立的近红外检测模型也得到的逐渐完善和优化在不久的未来近红外技术必将在茶叶成分的快速检测分类鉴别消费的实时监测和准确分级等许多面得到广泛运用
近红外光谱法在茶叶质量中 的运用研讨进展
茶叶审评现状 近红外光谱检测原理 几种茶叶主要内含物的红外分析运用
赵杰文等采用近红外光谱结合主成分-马氏间隔方式 识别方法鉴别了龙井、碧螺春、毛峰和铁观音4种中 国名茶，在6500～5300cm-1光谱范围，经过多重散射 校法，以8个主成分建模，对校正集样本和预测集样 本的鉴别率分别到达98.75 %和95%。
李晓丽等运用可见近红外光谱仪测定西湖龙井等5个 种类茶叶的光谱曲线，用主成分分析法对不同种类茶 叶进展聚类分析，再结合人工神经网络技术建立模型 进展茶叶种类鉴别，对未知的25个样本进展鉴别，茶 叶种类的识别准确率到达100%。
徐立恒等对炒青绿茶为原料，对其近红外光谱进展二 阶导数优化，在〔5000～4000cm-1〕用PLS法重新建 立数学模型模型的相关系数 r=0.99。
孙耀国以不同绿茶为原料，在波长范围〔5000～ 4000cm-1〕的根底上对光谱进展二阶导数预处置， PLS法建模，获得的模型对氨基酸的检测的相关系数 r也到达了0.99。因此利用近红外进展茶叶中氨基酸的 检测能到达较高的准确度。
龚加顺等采用云南工夫红茶、红碎茶以及福建铁观音 乌龙茶为原料，将其配制成140个茶饮料样品，利用 PLS法建立了茶黄素和茶红素的近红外检测模型相关 系数分别为0.86和0.99。
因此近红外同样也能较好的检测茶叶中的茶多糖、茶 黄素、茶红素等物质的含量。
茶叶的种类鉴定与判别
除了上述的定量分析以外，定性判别茶叶的种类是近 红外技术的又一项功能。利用近红外技术实现茶叶的 分类鉴定以致最终实现产地、种类、消费时间等信息 的准确判别，对于规范茶叶命名，维护地理标识产品， 整顿茶叶市场次序都有重要的实践意义。
谢谢
虽然目前在我国近红外技术在茶叶上的还未能得到实践运用，但是 随着茶产业的开展，迫切需求实现对茶叶的快速检测分，而近红外 技术无疑那么是最好的实现方法。现今近红外光谱仪精细度不断提 高，计算机技术和化学计量学不断开展，因此建立的近红外检测模 型也得到的逐渐完善和优化，在不久的未来近红外技术必将在茶叶 成分的快速检测、分类鉴别、消费的实时监测和准确分级等许多面 得到广泛运用。
茶叶真伪鉴定
陈全胜等经过规范归一化预处置，选取6500～5500 cm-1波长范围内的光谱经过主成分分析后，提取11个 主成分，选用径向基函数作为核函数建立的模型。对 训练集中的个茶叶样本，模型的回判鉴别率到达 93.48%；对90个.44 %。
研讨结果阐明基于支持向量机的近红外光谱鉴别名优 茶真伪的方法是完全可行的。因此利用近红外技术能 快速准确鉴别茶叶的真伪，从而能维护和提高品牌效 应，打击冒充伪劣产品。
茶多酚
茶多酚在茶叶中的含量大约为18～36%，在人体内有 良好的去除自在基、杀菌抗癌等作用，是茶叶中最重 要的成分之一。
因此国内外许多学者针对利用近红外技术进展茶多酚 的快速检测进展了许多研讨。
Quansheng Chen利用PLS法检测茶多酚总量的相关系 数为0.93。
J.Luyaert等用PLS建立数学模型测定绿茶整叶的中儿 茶素的含量。
合频
一级倍频
二级倍频
C-H 3000 1450 4347 5700 8700
cm-1 N-H 3400 1600 4545 6600 10000
O-H 3650
0 5000 7000 10500
C-H、N-H、O-H的倍频、基频吸收谱带
校正模型训练集样品的选择 用规范方法测定样品物化性质 丈量光谱数据 光谱的预处置 回归计算 校正模型的验证 分析样品
效果参数判别模型预测效果的好坏: 定标模型：有校正规范误(SEE)、交叉验证规范误(SEP)、
决议系数(R)表示。其中SEE、SEP值越小越好。 Q值以接近1为最好。 外部验证:真实值与预测值之间的相关系数R，以接近1
为最好。
近红外光谱检测的优势
分析速度快、分析效率高 适用的样品范围广、样品普通不需求预处置 分析本钱较低、测试重现性好 对样品无损伤 可实如今线分析、对操作人员的要求不苛刻
通常采用多元线性回归(MLR)，主成分分析(PCA)， 偏最小二乘法(PLS)等方法校正。
茶叶中的大多数有机化合物如茶多酚、氨基酸、蛋白 质、咖啡碱等都含有各种含氢基团， 所以经过对茶 叶的近红外光谱分析可以测定这些成分的含量。
C-H、N-H、O-H吸收带的中心近似位置
基团
基频
伸缩振动 弯曲振动
茶叶审评现状
传统以为，茶叶的质量是由色泽、外形、香气、味道 几大要素构成。因此，评定茶叶质量自然会按色、香、 味、形去评审。
现阶段，红外光谱法以其无污染、无损伤取样、实时 性、运用方便等特点成为检测的首选，在物质定性和 定量分析中的运用较为普遍。
红外简介
近红外光(NIR) 是介于可见光(VIS) 和中红 外光(MIR 或IR) 之间的电磁波
罗一帆等利用茶叶近红外光谱建立了研磨后的茶叶中 茶多酚含量的人工神经网络模型。
夏贤明等利用茶叶近红外光谱建立了研磨后的茶叶中 茶多酚含量的多元线性回归模型，均得到的预测效果 较好。
咖啡碱
咖啡碱茶叶具有兴奋中枢神经、提神醒脑的功能，根 本上是由于茶叶中的咖啡碱在起作用，因此咖啡 碱 也是茶叶中的重要物质之一 。
孙耀国等直接取茶叶完好叶进展傅里叶变换近红外光 谱分析测定绿茶中咖啡碱的含量，以PLS建模，预测 值与真值的相关系数r到达0.92。
徐立恒等和 Quansheng Chen等利用一样的建模方法 也分别获得了0.996和0.968的高准确度。
芦永军等采用近红外光谱分析技术对茶多酚样品中的 咖啡碱进展了近红外光谱定量分析，经过对样品的漫 反射原始吸光度光谱进展导数、MSC结合PLS法建立 了快速稳健的定量分析模型，模型的相关系数r为 0.993，能有效检测茶多酚中咖啡碱的含量。
26316cm-1 4000cm-1
12500cm-1 400cm-1
紫外线
可见光
近红
近红外光谱检测原理
近红外光谱主要是由于分子振动从基态向高能级跃迁 时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的 基频振动的倍频和合频信息，它经常受含氢基团X-H 〔X=C、N、O〕的倍频和合频的重叠主导，所以在 近红外光谱范围内，丈量的主要是含氢基团X-H振动 的倍频和合频吸收。
其他成分
除了茶多酚、咖啡碱、氨基酸等茶叶中的主要化学成 分外，茶叶中还含有其他多种重要的活性成分如茶黄 素、茶红素、茶多糖等，对人体也有降血糖、血压、 加强免疫等功能。近红外同样也能对其进展快速检 测。
罗一帆等运用了人工神经网络方法，选择了5484.6～ 4192.5cm-1的光谱范围，以网络构造参数的输入层、 隐层、输出层，神经元数目为 (7，5，1) 建立了茶多 糖的测定模型，模型的结果阐明建茶多糖定标集和预 测集的相关系数r分别到达了0.947和0.968。
茶叶的红外分析运用
含水量 茶多酚 氨基酸 咖啡碱 其他
含水量
水分是茶叶中的一个重要成分，与茶叶质量的关系亲 密。水分的低于5%茶叶的储存时间长，香气变化比 较小，而高于6.5%时那么质量下降的比较快。在茶 叶的加工过程中水分的多少与质量也息息相关。因此 茶叶水分的快速检测，对于茶叶的加工、保管都有实 践的应意图义。
存在问题及展望
目前针对近红外的在茶叶上的研讨曾经获得了良好的 实验结果，但近红外技术在茶叶上还未能得到实践运 用，起主要缘由是存在以下几个限制要素：
⑴适用范围的局限性 ⑵取样困难 ⑶检测的灵敏度不高
今后近红外技术在茶叶上的运用将主要应该集中在以下 几个方面：
⑴茶叶的快速无损检测分析 ⑵茶叶的产地、种类及真伪等消费信息的鉴定判别 ⑶茶叶消费过程中的在线监测 ⑷一些茶叶衍消费品的成分检测
因此就咖啡碱的近红外检测的研讨来看，研讨者都建 立了较高准确度的模型，阐明利用近红外技术能有效 的检测茶叶中咖啡碱的含量。
氨基酸
茶叶中氨基酸的组成、含量以及其降解产物和转化产 物与茶叶的香气和味道亲密相关 ， 是构成绿茶质量 的极重要成分之一。
氨基酸具有降压、拮抗由咖啡碱引起的对神经系统 的兴奋等作用。
刘辉军等将绿茶的光谱经过趋势变换法预处置，利用 径向基函数建立了绿茶的水分检测模型，预测的相关 系数 r=0.933高于反向传播神经网络的 r=0.914。
张月玲在将光谱用9阶卷积平滑结合二阶导数预处置 后，利用偏最小二乘法建立的定标模型的相关系数也 到达了0.99以上，优于主成分回归建模法，并且指出 原始光谱和平均光谱都适用于茶叶水分的建模。因此 证明利用近红外光谱分析能实现水分的快速检测。