專利名稱：一種基于光譜技術(shù)的生物炭溯源鑒別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光譜技術(shù)的生物炭溯源鑒別方法。
背景技術(shù)：
生物炭是生物質(zhì)在缺氧條件下不完全燃燒熱裂解后形成的產(chǎn)物，可溶性極低，孔隙度和比表面積大，吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力強。生物炭在土壤肥力改良、土壤固碳增匯減排以及受污染環(huán)境修復(fù)等方面具有顯著作用。生物炭理化性能不僅受炭化過程中溫度、時間、強度等工藝參數(shù)的影響，還與生物質(zhì)材料有關(guān)。據(jù)Xu等報道(Xu R, XiaoS，Yuan J，et al. Adsorption of methyl violet from aqueous solutions by thebiochars derived from crop residues.Bioresource Technology，2011，102 (22):10293-10298.)，以蓖麻秸桿、花生秸桿、大豆秸桿和稻殼為原料的生物炭對水溶液中甲基紫(俗稱 龍膽紫，一種染色劑)的吸附能力存在差別。生物炭使用部門往往也需要對生物炭進行溯源鑒別，從中篩選出具有特定材料性能的生物炭。各種來源的生物質(zhì)經(jīng)過炭化工藝加工制備成生物炭后，表觀上都呈深黑色，肉眼不易區(qū)分甄別。而傳統(tǒng)理化測試步驟繁瑣，測試時間長，不適合用于生物炭的快速鑒別。因此有必要開展生物炭快速溯源鑒別方法研究。近年來，紅外光譜技術(shù)因其測試快速、重復(fù)性好、測試精度較高、易于現(xiàn)場使用、免試劑等優(yōu)點而得到廣泛關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者對橘色合歡樹(Chia C H, Gong B, Joseph S D, etal. Imaging of Mineral-enriched biochar by FTIR, Raman and SEM-EDX. VibrationalSpectroscopy. 2012. In Press·)、山核桃殼(Novak J M, Busscher W J, Watts D ff, etal. Short-term CO2 mineralization after additions ofbiochar and switchgrass toa Typic Kandiudult. Geoderma. 2010，154 (3-4) : 281-288.)、柳枝稷(Kumar S, Loganathan
VA, Gupta R B, et al. An Assessment of U(VI)removal from groundwater usingbiochar produced from hydrothermal carbonization. Journal of Environmental Management. 2011，92 (10) : 2504-2512.)、甜菜根(Dong X, Ma L Q, Li Y. Characteristics andmechanisms of hexavalent chromium removal by biochar from sugar beet tailing.Journal of Hazardous Materials. 2011，190 (1-3) : 909-915.)等生物炭進行過紅外光譜特征分析。但在利用光譜技術(shù)對生物炭快速溯源鑒別研究上，還未見文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到簡便快速鑒別生物炭品種的目的，本發(fā)明提供了一種基于光譜技術(shù)的生物炭溯源鑒別方法。(I)建立生物炭品種光譜庫收集已知不同源質(zhì)品種的生物炭材料，每種材料5-10個樣本，利用光譜儀采集每個樣本的反射光譜數(shù)據(jù)，記錄波長范圍350-1100nm的光譜數(shù)據(jù)，采樣間隔lnm，共751個波長點，記錄各波長點的光強值，并作基線偏置校正，組建生物炭建模光譜庫?；€偏置校正公式如下
F (X) = f (X) -minf (X)式中，f(x)是波長X的光強，X表示所有波長變量，F(xiàn)(X)表示波長X校正后的光強值，min(X)表示所有波長點的光強值的最小值；。生物炭建模光譜庫由所有樣本的光譜記錄組成。每一樣本的光譜記錄包括生物炭品種名稱(I字段)、不同波長點校正后的光強值(751字段)，通常還可包括歸類代碼(I字段)。(2)對生物炭建模光譜庫進行主成分分析，按主成分方差貢獻率大小，取所述的貢獻率最大的前3個主成分；所述主成分分析的計算步驟如下對于η個樣本，每個樣本用用P個變量來描述研究對象，分別用XpXfXp表示，Xp表示第P個波長點所有樣本的光強值按順序組成的向量，這P個變量構(gòu)成的P維隨機向量為X=(XpXfXp)tO設(shè)隨機向量X的均值為μ，相關(guān)系數(shù)矩陣為R，對X進行線性變換，考慮原始變量的線性組合
權(quán)利要求
1.一種基于光譜技術(shù)的生物炭溯源鑒別方法，其特征在于該方法的步驟如下 (1)建立生物炭品種光譜庫收集已知不同源質(zhì)品種的生物炭材料,每種材料5-10個樣本，利用光譜儀采集每個樣本的反射光譜數(shù)據(jù)，記錄波長范圍350-1100nm的光譜數(shù)據(jù)，采樣間隔lnm，共記錄751個波長點的光強值，并作基線偏置校正，組建生物炭建模光譜庫； 基線偏置校正公式如下 F (X) f (X) -minf (X) 式中，f(x)是波長X的光強值，X表示所有波長變量，F(xiàn)(x)表示波長X校正后的光強值，minf (X)表示所有波長點的光強值的最小值； 生物炭品種光譜庫由所有樣本的光譜記錄組成，每一樣本的光譜記錄包括生物炭品種名稱、不同波長點校正后的光強值； (2)對生物炭建模光譜庫進行主成分分析，按主成分方差貢獻率大小，取所述的貢獻率最大的前3個主成分； 所述主成分分析的計算步驟如下 對于η個樣本,每個樣本用P個變量來描述研究對象，分別用X1JfXp表不,Xp表不第P個波長點所有樣本的光強值按順序組成的向量，這P個變量構(gòu)成的P維隨機向量為X= (X1,V..xp)t; 計算相關(guān)系數(shù)矩陣R，
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于以下14種生物炭的光譜三維主成分中心坐標如下表所示
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光譜技術(shù)的生物炭快速溯源鑒別方法(1)建立生物炭建模光譜庫；(2)對生物炭建模光譜庫進行主成分分析，按主成分方差貢獻率大小，取前3個主成分；(3)根據(jù)前3個主成分得分值，計算生物炭品種三維中心坐標；(4)待鑒別樣本光譜掃描；(5)對待鑒別樣本光譜作主成分分析，按主成分方差貢獻率大小，提取前3個主成分，并計算與每一品種中心坐標之間的馬氏距離；(6)根據(jù)待鑒別樣本到每一品種中心坐標之間的最小馬氏距離，將待鑒別樣本歸類到相應(yīng)的生物炭品種，從而完成生物炭溯源鑒別。本發(fā)明屬于一種有監(jiān)督機器學(xué)習(xí)方法，通過利用光學(xué)間接測試和數(shù)值處理手段，達到生物炭快速溯源鑒別目的，可在實驗室或工作現(xiàn)場應(yīng)用。
文檔編號G01N21/31GK102841063SQ201210315860
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者楊海清 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)