一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法及裝置。依次采集樣本的近光譜、三維同步熒光及激光誘導擊穿光譜；根據(jù)近紅外光譜信息檢測樣本的膽固醇和三酰甘油聚合物含量，根據(jù)三維同步熒光光譜信息檢測樣本的苯并(a)芘含量，根據(jù)激光誘導擊穿光譜信息檢測樣本的重金屬含量。將樣本的膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及重金屬含量分別與設(shè)定的閾值進行比較，當某一含量大于設(shè)定的閾值時，樣本被檢測為潲水油。該方法可以用于不同來源潲水油的現(xiàn)場快速判別檢測。
【專利說明】一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品/食品安全檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]潲水油又稱為泔水油，為下水道中的油膩漂浮物或者酒樓、賓館的剩飯、剩菜收集后的上層浮油，經(jīng)過簡單加工、提煉出的油。潲水油回收、加工及提煉等過程衛(wèi)生環(huán)境惡劣，導致潲水油中含有多種有毒有害成分，黃曲霉毒素、重金屬、細菌等嚴重超標。不法商人為謀取暴利，將潲水油摻入合格食用植物油或直接作為合格食用植物油出售，危害人們的身體健康。
[0003]目前，潲水油現(xiàn)有的檢測方法有氣相色譜法、高效液相色譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、電導率測定法等。潲水油來源復雜，上述方法僅能用于某一特定來源的潲水油檢測，缺乏廣泛的適用性。此外，存在操作過程繁瑣、耗時長、成本高等缺點，不能實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法及裝置。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法的具體步驟如下:
(O依次采集樣本的近紅外、三維同步熒光及激光誘導擊穿光譜；
(2)對樣本的近紅外光譜進行高斯濾波處理，提取樣本膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長的吸光度，并分別輸入到膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型中，得到樣本的膽固醇和三酰甘油聚合物含量；
(3)對樣本的三維同步熒光光譜進行標準歸一化處理，提取苯并(a)芘特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)，將特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)輸入到苯并(a)芘檢測模型中，得到樣本的苯并(a)芘含量；
(4)扣除樣本激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，提取鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素特征譜線的強度，并將特征譜線強度輸入到相應的重金屬檢測模型中，得到樣本的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛含量，并計算總重金屬含量；
(5)將檢測模型得到的樣本膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及總重金屬含量分別與設(shè)定的閾值進行比較，當上述某一含量超過設(shè)定的閾值時，該樣本被檢測為潲水油。所述的設(shè)定的閾值，膽固醇閾值為15 mg/kg,三酰甘油聚合物閾值為0.03 g/g,苯并(a)花閾值為100 μ g/kg,總重金屬閾值為1.2 mg/kg。
[0006]所述的膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型的建立包括以下步驟:
(I)獲取不同來源不同含量膽固醇和三酰甘油聚合物的食用植物油樣本，采集樣本的近紅外光譜； (2)采用國家標準方法分別測定樣本中的膽固醇和三酰甘油聚合物含量；所述的國家標準方法是 GB/T 22220-2008 及 GB/T 26636-2011 ；
(3)對光譜進行高斯濾波處理，采用遺傳算法結(jié)合競爭性自適應重加權(quán)算法分別獲得膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長；
(4)應用混沌徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長的吸光度值與相應的真實含量值進行關(guān)聯(lián)，分別建立膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型。
[0007]所述的苯并(a)芘檢測模型的建立包括以下步驟:
(1)獲取不同來源不同含量苯并(a)芘的食用植物油樣本,采集樣本的三維同步熒光光譜；
(2)采用國家標準方法測定樣本中的苯并(a)芘含量；所述的國家標準方法是GB/T5009.27-2003 ；
(3)對光譜進行標準歸一化處理，對比不同樣本光譜的等高線譜圖，確定苯并(a)芘的光譜特征峰，提取特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)；
(4)應用稀疏偏最小二乘法將苯并(a)芘光譜特征峰的峰值及曲線形狀參數(shù)與其真實含量值進行關(guān)聯(lián)，建立苯并(a)芘檢測模型。
[0008]所述的重金屬檢測模型的建立包括以下步驟:
(1)獲取不同來源不同含量重金屬的食用植物油樣本，采集樣本的激光誘導擊穿光
譜；
(2)扣除樣本激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，通過對比標準樣品和相似性測度方法確定鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線；
(3)采用國家標準方法分別測定樣本中的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬含量；所述的國家標準方法是 GB/T 5009.90-2003、GB/T 5009.14-2003、GB/T 5009.123-2003、GBT5009.11-2003 及 GB 5009.12-2010 ；
(4)應用多核學習矩陣化最小二乘支持向量機將鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線的強度與相應的重金屬元素含量進行關(guān)聯(lián)，分別建立鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素檢測模型。
[0009]本發(fā)明的基于多源信息融合的潲水油快速檢測裝置包括計算機、近紅外光譜儀、熒光光譜儀、多通道CCD光譜儀、光路切換裝置、光纖、聚焦透鏡1、載物臺、鹵光燈、氙弧燈、聚焦透鏡II和激光器組成；計算機分別與近紅外光譜儀、熒光光譜儀和多通道CCD光譜儀連接，近紅外光譜儀、熒光光譜儀和多通道CCD光譜儀分別與光路切換裝置連接，光路切換裝置連接光纖，光纖下方設(shè)有聚焦透鏡I，聚焦透鏡I下方是載物臺，載物臺的一側(cè)設(shè)有齒光燈，上方設(shè)有氣弧燈和激光器，激光器前方設(shè)有聚焦透鏡II。
[0010]載物臺設(shè)有盛放樣本的石英器皿。
[0011 ] 激光器與聚焦透鏡II之間設(shè)有反射鏡。
[0012]本發(fā)明的積極效果如下:
本發(fā)明的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法具有無需樣品預處理、非破壞性、快速實時檢測的優(yōu)點，且可以適用于不同來源潲水油的快速檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]圖1是本發(fā)明的基于多源信息融合的潲水油快速檢測裝置的示意圖
圖中:1、激光束；2、激光器；3、聚焦透鏡II ;4、氙弧燈；5、氙弧燈光束；6、鹵素燈光束；
7、鹵素燈；8、石英器皿；9、載物臺；10、樣本；11、聚焦透鏡I ;12、光纖；13、計算機；14、近紅外光譜儀；15、熒光光譜儀；16、多通道CXD光譜儀；17、光路切換裝置；18、反射鏡。
【具體實施方式】
[0014]下面的實施例是對本發(fā)明的進一步詳細描述。
[0015]本具體實施例以300個不同來源、不同膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及重金屬含量的食用植物油樣本和3個未知來源的食用植物油樣本為例。3個未知來源的食用植物油樣本分別記為樣本A、樣本B及樣本C。300個食用植物油樣本用于建立膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及重金屬檢測模型，3個未知來源的食用植物油樣本作為待檢測樣本，判斷其是否為潲水油。
[0016]如圖1所示，本實施例的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，將樣本A作為樣本10裝入位于載物臺9上的石英器皿8里，調(diào)整光路切換裝置17，使光纖12僅與近紅外光譜儀14連通,打開齒素燈7使齒素燈光束6照射位于石英器皿8里的樣本10,從樣本10表面射出的光由聚焦透鏡I 11匯聚，再通過光纖12由近紅外光譜儀14收集，從而得樣本10的近紅外光譜，最后將樣本10的近紅外光譜保存到計算機13中。
[0017]關(guān)閉鹵素燈6，調(diào)整光路切換裝置17，使光纖12僅與熒光光譜儀15連通，打開氙弧燈4，使氙弧燈光束5照射樣本10，從樣本10表面射出的光由聚焦透鏡I 11匯聚，再通過光纖12由突光光譜儀15收集,從而獲得樣本10的三維同步突光光譜,最后將樣本10的三維同步熒光光譜保存到計算機13中。
[0018]關(guān)閉氙弧燈4，調(diào)整光路切換裝置17，使光纖12僅與多通道CXD光譜儀16連通，打開激光器2，使激光束I照射樣本10，從樣本10表面射出的光由聚焦透鏡I 11匯聚，再通過光纖12由多通道CXD光譜儀16收集，從而獲得樣本10的激光誘導擊穿光譜。最后將樣本10的激光誘導擊穿光譜保存到計算機13中。關(guān)閉激光器2。
[0019]再按上述步驟，獲取樣本B、樣本C及300個不同來源、不同膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及重金屬含量的食用植物油樣本的近紅外、三維同步熒光及激光誘導擊穿光譜。
[0020]采用國家標準方法GB/T 22220-2008及GB/T 26636-2011分別測定300個樣本中
的膽固醇和三酰甘油聚合物含量；對300個樣本的近紅外光譜進行高斯濾波處理，先采用遺傳算法進行特征波長篩選，再應用競爭性自適應重加權(quán)算法在遺傳算法的基礎(chǔ)進行特征波長篩選，分別獲得膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長，并提取膽固醇和三酰甘油聚合物的相應特征波長的吸光度值；應用混沌徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將300個樣本的膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長的吸光度值與相應的真實含量值進行關(guān)聯(lián)，分別建立膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型。
[0021]采用國家標準方法GB/T 5009.27-2003測定300個樣本的苯并(a)芘含量；對300個樣本的三維同步熒光光譜，利用光譜的均值和標準差進行標準歸一化處理，通過對比300個樣本光譜的等高線譜圖，確定苯并(a)芘的光譜特征峰,并提取特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)；應用稀疏偏最小二乘法將300個樣本的苯并(a)芘光譜特征峰的峰值及曲線形狀參數(shù)與其真實含量值進行關(guān)聯(lián)，建立苯并(a)芘檢測模型。
[0022]采用國家標準方法GB/T 5009.90-2003、GB/T 5009.14-2003、GB/T5009.123-2003,GBT5009.11-2003 及 GB 5009.12-2010 測定 300 個樣本的鐵、錳、鉻、鋅、砷、
鉛重金屬含量；扣除300個樣本的激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，通過對比標準樣品和相似性測度方法確定鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線；應用多核學習矩陣化最小二乘支持向量機將300個樣本的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線的強度與相應的重金屬元素含量進行關(guān)聯(lián)，分別建立鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素檢測模型。
[0023]對樣本A的近紅外光譜進行高斯濾波處理，根據(jù)采用遺傳算法結(jié)合競爭性自適應重加權(quán)算法已確定的膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長，提取樣本A的膽固醇和三酰甘油聚合物的相應特征光譜波長的吸光度值，并將吸光度值分別輸入到膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型中，得到樣本A的膽固醇和三酰甘油聚合物含量分別為0.5 mg/kg和
0.01 g/g。
[0024]對樣本A的三維同步熒光光譜，采用樣本A熒光光譜的均值和標準差進行標準歸一化處理，根據(jù)采用等高線譜圖方法已確定的苯并(a)芘特征峰，提取樣本A的苯并(a)芘相應的特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)。將特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)輸入到苯并(a)芘檢測模型中，得到樣本A的苯并(a)芘含量為5.2 μ g/kg。
[0025]扣除樣本A的激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，根據(jù)對比標準樣品和相似性測度方法已確定的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素特征譜線，提取鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素相應的特征譜線的強度，并將特征譜線強度輸入到相應的重金屬檢測模型中，得到樣本A的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛含量，并計算總重金屬含量為0.12 mg/kg。
[0026]按上述步驟，對樣本B和樣本C的近紅外、三維同步熒光及激光誘導擊穿光譜進行相同處理，獲得樣本B的膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及總重金屬含量分別為50mg/kg、0.015 g/g、7.2 μ g/kg及2.7 mg/kg ;樣本C的膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)花及總重金屬含量分別為 1.2 mg/kg、0.018 g/g A.7 μ g/kg 及 5.0 mg/kg ；
將檢測模型得到的樣本A、樣本B及樣本C的膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及總重金屬含量分別與設(shè)定的閾值進行比較。樣本A的膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及總重金屬含量均小于設(shè)定的閾值，樣本B的膽固醇含量大于設(shè)定的閾值，樣本C的總金屬含量大于設(shè)定的閾值。因此樣本A被檢測為非潲水油，樣本B和樣本C被檢測為潲水油。所述的設(shè)定的閾值，膽固醇閾值為15 mg/kg,三酰甘油聚合物閾值為0.03 g/g,苯并(a)花閾值為100 μ g/kg,總重金屬閾值為L 2 mg/kg。
[0027]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下: (1)依次采集樣本的近紅外、三維同步熒光及激光誘導擊穿光譜； (2)對樣本的近紅外光譜進行高斯濾波處理，提取樣本膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長的吸光度，并分別輸入到膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型中，得到樣本的膽固醇和三酰甘油聚合物含量； (3)對樣本的三維同步熒光光譜進行標準歸一化處理，提取苯并(a)芘特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)，將特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)輸入到苯并(a)芘檢測模型中，得到樣本的苯并(a)芘含量； (4)扣除樣本激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，提取鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素特征譜線的強度，并將特征譜線強度輸入到相應的重金屬檢測模型中，得到樣本的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛含量，并計算總重金屬含量； (5)將檢測模型得到的樣本膽固醇、三酰甘油聚合物、苯并(a)芘及總重金屬含量分別與設(shè)定的閾值進行比較，當上述某一含量超過設(shè)定的閾值時，該樣本被檢測為潲水油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型的建立包括以下步驟: (1)獲取不同來源不同含量膽固醇和三酰甘油聚合物的食用植物油樣本，采集樣本的近紅外光譜； (2)采用國家標準方法分別測定樣本中的膽固醇和三酰甘油聚合物含量； (3)對光譜進行高斯濾波處理，采用遺傳算法結(jié)合競爭性自適應重加權(quán)算法分別獲得膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長； (4)應用混沌徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將膽固醇和三酰甘油聚合物的特征光譜波長的吸光度值與相應的真實含量值進行關(guān)聯(lián)，分別建立膽固醇和三酰甘油聚合物檢測模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的國家標準方法是GB/T 22220-2008及GB/T 26636-2011。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的苯并(a)芘檢測模型的建立包括以下步驟: (1)獲取不同來源不同含量苯并(a)芘的食用植物油樣本,采集樣本的三維同步熒光光譜； (2)采用國家標準方法測定樣本中的苯并(a)芘含量； (3)對光譜進行標準歸一化處理，對比不同樣本光譜的等高線譜圖，確定苯并(a)芘的光譜特征峰，提取特征峰的峰值和曲線形狀參數(shù)； (4)應用稀疏偏最小二乘法將苯并(a)芘光譜特征峰的峰值及曲線形狀參數(shù)與其真實含量值進行關(guān)聯(lián)，建立苯并(a)芘檢測模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的國家標準方法是GB/T 5009.27-2003。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的重金屬檢測模型的建立包括以下步驟: (I)獲取不同來源不同含量重金屬的食用植物油樣本，采集樣本的激光誘導擊穿光譜； (2)扣除樣本激光誘導擊穿光譜的噪聲和背景信號，通過對比標準樣品和相似性測度方法確定鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線； (3)采用國家標準方法分別測定樣本中的鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬含量； (4)應用多核學習矩陣化最小二乘支持向量機將鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素的特征譜線的強度與相應的重金屬元素含量進行關(guān)聯(lián)，分別建立鐵、錳、鉻、鋅、砷、鉛重金屬元素檢測模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測方法，其特征在于:所述的國家標準方法是 GB/T 5009.90-2003, GB/T 5009.14-2003, GB/T 5009.123-2003、GBT5009.11-2003 及 GB 5009.12-2010。
8.一種基于多源信息融合的潲水油快速檢測裝置，其特征在于:所述裝置包括計算機(13)、近紅外光譜儀(14)、熒光光譜儀(15)、多通道CXD光譜儀(16)、光路切換裝置(17)、光纖(12)、聚焦透鏡I (11)、載物臺(9)、鹵光燈(7)、氙弧燈(4)、聚焦透鏡II (3)和激光器(2)組成；計算機(13)分別與近紅外光譜儀(14)、熒光光譜儀(15)和多通道CXD光譜儀(16)連接，近紅外光譜儀(14)、熒光光譜儀(15)和多通道CXD光譜儀(16)分別與光路切換裝置(17)連接，光路切換裝置(17)連接光纖(12)，光纖(12)下方設(shè)有聚焦透鏡I (11)，聚焦透鏡I (11)下方是載物臺(9)，載物臺(9)的一側(cè)設(shè)有鹵光燈(7)，上方設(shè)有氙弧燈(4)和激光器(2 )，激光器(2 )前方設(shè)有聚焦透鏡II (3 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多源信息融 合的潲水油快速檢測裝置，其特征在于:載物臺(9)設(shè)有盛放樣本(10)的石英器皿(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多源信息融合的潲水油快速檢測裝置，其特征在于:激光器(2 )與聚焦透鏡II (3 )之間設(shè)有反射鏡(18 )。
【文檔編號】G01N21/63GK103913435SQ201410166884
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】孫通, 劉木華, 胡田, 許朋 申請人:江西農(nóng)業(yè)大學