CN105717074A - 基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，包括步骤：1)取等重量的抹茶粉和绿茶粉，分别压片作为建模集样本；2)分别获取抹茶粉和绿茶粉的激光诱导击穿光谱，采集光谱范围是230～880nm；3)将得到光谱数据进行归一化处理，并对归一化数据求均值；4)选取特征波长，以其峰值输入线性判别式分析，建立鉴别模型；5)针对未知样品，重复步骤1)、步骤2)和步骤3)中的操作；6)提取步骤4)中对应的特征波长，并输入所述的鉴别模型，得出未知样品的类别。本发明主要用于通过特征波长快速鉴别抹茶与绿茶粉，鉴别过程快捷、简便、无污染，鉴别结果准确可靠，填补抹茶与绿茶粉的鉴别空白。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析领域，具体涉及一种基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法。
背景技术
抹茶是由采摘覆下茶园的鲜嫩芽叶，先经蒸青、烘干两道工序制得深绿色片形的碾茶，再用茶臼磨细成的翠绿色细粉末茶，富含人体多种必需微量元素和营养成分，具有很高的营养保健价值；绿茶粉则多以蒸青煎茶、炒烘青绿茶为原料，采用直接粉碎的方法加工而成。二者从茶树品种、栽培管理到生产工艺都存在较大不同，蛋白质、氨基酸、微量元素等营养成分的含量也存在较大差异，优良抹茶粉的价格更是远高于绿茶粉。
我国目前尚未制定抹茶国家标准及等级分类标准，使得部分商家直接把绿茶粉当抹茶卖，既损害消费者权益，也不利于国内抹茶市场的发展。对于抹茶与绿茶粉的鉴别研究尚处于空白阶段，激光诱导击穿光谱作为一种快速、简便、准确、微损、多元素同时分析的光谱分析技术，通过分析谱线的波长和强度可以获知样品的元素组成及含量。结合化学计量学等方法，激光诱导击穿光谱已应用于塑料等工业制品，茶叶等食品中的分类与鉴别。
发明内容
本发明提供一种基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，通过激光诱导击穿光谱获取抹茶和绿茶粉标准品在特征波长处的峰值，建立线性判别式分析模型，采集待测样品的激光诱导击穿光谱，利用线性判别式模型快速预测待测样品分类。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，包括以下步骤：
1)取等重量的抹茶粉和绿茶粉，分别压片作为建模集样本；
2)分别获取抹茶粉和绿茶粉的激光诱导击穿光谱，采集光谱范围是230～880nm；
3)将得到光谱数据进行归一化处理，并对归一化数据求均值；
4)以C(I)247.93549nm、Mg(II)279.60382nm、Ca(II)393.45242nm，Fe(II)766.67517nm为特征波长，以其峰值输入线性判别式分析，建立鉴别模型；
5)针对未知样品，重复步骤1)、步骤2)和步骤3)中的操作；
6)提取步骤4)中对应的特征波长，并输入所述的鉴别模型，得出未知样品的类别。
本发明中所采用的特征波长能以最小数量的波长准确区分抹茶和绿茶粉。
作为进一步改进，每个压片的直径为15mm，厚度为2mm，对应的抹茶粉或绿茶粉的重量为0.5g。
作为进一步改进，压片所施加压强控制在20Mpa，持续时间为1分钟。
作为进一步改进，压片重复的次数应n≥20，N指的是建模的片数应≥20，即至少制作20个压片。
作为进一步改进，在所述的步骤2)中，获取激光诱导击穿光谱的参数为：激光波长532nm，以1.8μs为延迟时间，10μs为积分时间，60mJ/脉冲为激光能量，1500为MCP增益。
作为进一步改进，所述压片上的每点收集10次脉冲数据。
本发明的有益效果是：
(1)实现了抹茶与绿茶粉的快速鉴别，且鉴别过程快捷、简便、无污染；
(2)应用特征波长结合线性判别式分析鉴别抹茶与绿茶粉，既获得标准品数据以利于建立数据库，又可快速鉴别未知类别的抹茶与绿茶粉样品，结果准确可靠；
(3)可根据实际情况，调整特征波长，以用于不同产地抹茶，不同杀青方式绿茶粉的分类鉴别；
(4)本发明主要通过特征波长快速鉴别抹茶与绿茶粉，鉴别快速准确，填补抹茶与绿茶粉的鉴别空白。
附图说明
图1是基于特征波长的激光诱导击穿光谱快速鉴别抹茶与绿茶粉方法的激光诱导击穿光谱装置示意图：
图中：1为Nd:YAG脉冲固体激发器，2为延时发生器，3为能量衰减器，4为激光能量实时监测系统，5为光路爬高系统，6为探测器，7为分光系统，8为聚焦透镜，9为样品台，10为光纤收集系统，11为样品表面成像系统，12为计算机；
图2是基于特征波长的激光诱导击穿光谱快速鉴别抹茶与绿茶粉方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，激光诱导击穿光谱装置包括：Nd:YAG脉冲固体激发器1，延时发生器2，能量衰减器3，激光能量实时监测系统4，光路爬高系统5，探测器6，分光系统7，聚焦透镜8，样品台9，光纤收集系统10，样品表面成像系统11和计算机12。
如图2所示，采用上述装置鉴别抹茶与绿茶粉的方法的具体步骤如下：
1)取抹茶或绿茶粉标准品0.5g，用压片机在20Mpa压力作用1min下，将抹茶和绿茶粉压制成直径15mm，厚2mm的圆片，各重复n次，以作为建模集；
2)在532nm激光波长下，以1.8μs为延迟时间，10μs为积分时间，60mJ/脉冲为激光能量，1500为MCP增益，获取抹茶和绿茶粉标准品的激光诱导击穿光谱，采集光谱范围是230～880nm，每圆片打16个点，每点收集10次脉冲数据；
3)利用Matlab将得到光谱数据进行归一化以减少实验误差，并对归一化数据求均值；
4)在TheUnscramblerX中以C(I)247.93549nm、Mg(II)279.60382nm、Ca(II)393.45242nm，Fe(II)766.67517nm为特征波长，以其峰值输入线性判别式分析，建立鉴别模型；
5)将未知类别样品以步骤1)、步骤2)和步骤3)中方法同样操作；
6)利用特征波长，通过已建立的线性判别式分析模型鉴别未知样品类别。
本发明所选定的特征波长只针对抹茶与绿茶粉的快速鉴别，对不同产地抹茶，不同杀青方式绿茶粉的鉴别不适用，如需鉴别不同产地抹茶等其他类别，需重新选定特征波长，建立线性判别式分析模型。
上述具体实施方式用以解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于特征波长的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取等重量的抹茶粉和绿茶粉，分别压片作为建模集样本；
2)分别获取抹茶粉和绿茶粉的激光诱导击穿光谱，采集光谱范围是230～880nm；
3)将得到光谱数据进行归一化处理，并对归一化数据求均值；
4)以C247.93549nm、Mg279.60382nm、Ca393.45242nm，Fe766.67517nm为特征波长，以其峰值输入线性判别式分析，建立鉴别模型；
5)针对未知样品，重复步骤1)、步骤2)和步骤3)中的操作；
6)提取步骤4)中对应的特征波长，并输入所述的鉴别模型，得出未知样品的类别。
2.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，每个压片的直径为15mm，厚度为2mm，对应的抹茶粉或绿茶粉的重量为0.5g。
3.如权利要求2所述的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，压片所施加压强控制在20Mpa，持续时间为1分钟。
4.如权利要求3所述的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，压片重复的次数应n≥20。
5.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，获取激光诱导击穿光谱的参数为：激光波长532nm，以1.8μs为延迟时间，10μs为积分时间，60mJ/脉冲为激光能量，1500为MCP增益。
6.如权利要求4所述的激光诱导击穿光谱鉴别抹茶与绿茶粉的方法，其特征在于，所述压片上的每点收集10次脉冲数据。
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