纳米材料光学阵列的构建及对白酒识别性能的研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meng20040511
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
白酒市场复杂而庞大,为维持白酒市场良好秩序,需采取有效措施加强对白酒市场的监督管理。目前对白酒香型、品牌品鉴的评判主要依靠感官品评与大型仪器分析。但这两种主流方法在白酒香型、品牌的区分识别上存在一定局限性。感官品评带有一定主观性,无法完全实现数据化、规范化;大型仪器分析预处理复杂,操作繁琐。针对该问题,我们将基于纳米材料的传感阵列检测技术应用到白酒区分识别中,构建了5种具有针对性的纳米光学传感阵列对16种白酒进行准确区分识别。这是第一次有针对性地以白酒中重要组成物质为靶标,设计阵列对白酒进行区分识别。径向基神经网络(RBFNN)的非线性拟合能力强,便于计算机实现结构参数分离学习,被广泛用于模式识别、自动控制和故障诊断等领域。我们综合5种阵列,利用RBFNN及线性判别分析(LDA)对其深度数据挖掘,并以盲样测试准确率高的RBFNN为基础结合软件需求分析,开发了一款Baijiu Test APP用于白酒品牌的准确区分识别。本研究系统性地论证了基于纳米材料的传感阵列检测技术在物质检测、酒类区分识别、白酒与非白酒样本判定中的可行性,为纳米材料光学传感阵列检测技术在白酒区分识别中的实际应用奠定坚实基础。具体结论如下:(1)构建了基于3种酸类敏感量子点(QDs)的荧光传感阵列,并将其成功应用于8种有机酸类物质的定性定量检测及16种白酒的区分识别之中。荧光光谱及透射电子显微镜(TEM)被利用到QDs的表征及反应机理的解释中。对反应前后的最佳荧光发射峰值进行归一化处理并用于后续模式识别及指纹图谱的建立。在对有机酸识别检测中,该阵列能区分识别8种有机酸类物质,具有一定的定量检测能力,且选择性良好。在此基础上,利用白酒指纹图谱与模式识别,该阵列可对16种白酒进行准确区分识别。盲样测试中留一法(Leave-one-out,LOO)准确率为87.5%,说明阵列具备良好的普适性及实际应用潜能。将8种白酒的阵列响应欧氏距离与总酸含量(GB/T 10345-2007)进行多维回归分析,证明二者存在极显著相关且拟合结果良好(P<0.01,R2≥0.778)。白酒与白兰地、朗姆酒、威士忌、伏特加、金酒共称为世界6大蒸馏酒。对白酒与其它蒸馏酒进行区分识别具有重要意义。在16种白酒与其它5大蒸馏酒样本区分测试中,该阵列能够将21种蒸馏酒一一区分开,但无法判定白酒样本与非白酒样本。(2)构建了基于银纳米三角形棱状颗粒(Ag NPRS)的比色传感阵列,并将其成功应用于8种巯基类物质的定性定量检测及16种白酒的区分识别。该阵列利用的原理是带正电金属离子(Cd2+,Fe2+,Fe3+,Cr3+)能自发竞争Ag NPRS和含巯基物质的结合位点,降低Ag NPRs在酸性条件下抗刻蚀能力,不同刻蚀程度的Ag NPRs表现出明显的颜色差异。紫外可见吸收光谱及TEM被用于探究Ag NPRs刻蚀过程中的形貌及颜色变化规律。将红绿蓝三原色模型中R、G、B通道值的改变(ΔRGB值)用于后续模式识别及指纹图谱建立。在对含巯基物质识别检测中,该阵列能区分识别8种含巯基物质,具有一定的定量检测能力,且选择性良好。利用透射电镜能谱分析(TEM-EDS)探究了Ag NPRs在白酒中的刻蚀过程及原理。利用指纹图谱与模式识别,实现了对16种白酒的准确区分识别。盲样测试的LOO准确率为93.8%,证明该阵列模型具有很好普适性及实际应用潜能。在16种白酒与其它5大蒸馏酒区分测试中,5种蒸馏酒样本的加入导致模型混乱,此阵列不能区分21种蒸馏酒也不能判定白酒样本与非白酒样本。(3)通过控制2种尺寸的金纳米颗粒(Au NPs)上Ag+的负载量,构建了基于Au NPs的比色阵列,并将其成功用于7种醛类的定性定量检测及16种白酒的区分识别。该阵列利用的原理是经正负电荷吸引而附着在Au NPs上的Ag+被醛基还原,形成银纳米壳包覆金纳米核的核壳结构(Ag@Au NPs)产生剧烈的颜色变化。利用紫外可见吸收光谱、TEM、Zeta电位分析Ag+的还原过程与Au NPs电荷、粒径的关系。将ΔRGB用于后续模式识别及指纹图谱建立。在对醛类识别检测中,该阵列能区分识别7种醛类物质,具有一定的定量检测能力,且选择性良好。在此基础上,利用指纹图谱与模式识别,成功将阵列用于16种白酒的准确区分识别。后续盲样测试具有较高的LOO准确率(90.6%),证明此阵列具有良好的普适性及实际应用潜能。通过将8种白酒的阵列响应欧氏距离与总醛含量(QB/T 1326.9-1991)进行多维回归分析,证明该二者存在极显著相关且拟合结果良好(P≤0.01,R2≥0.803)。此外,对白酒可能抑制阵列响应导致拟合度不高的情况进行了分析。在16种白酒与其它5大蒸馏酒样本区分测试中,此阵列不仅可以区分21种蒸馏酒,且能够判定白酒样本与非白酒样本。(4)构建了基于双镧系金属-有机框架(Tb/Eu-MOF)的荧光传感阵列,并将其成功用于15种小分子有机物的定性定量检测和16种白酒的区分识别。该阵列利用的原理是不同的客体分子能与Tb/Eu-MOF产生迥异主客体效应,改变金属骨架与有机配体的能量转换途径及跃迁行为,促使荧光特征峰值产生剧烈改变。荧光光谱及TEM-EDS被用于表征合成的Tb/Eu-MOF材料。将反应前后Tb/Eu-MOF的6个荧光特征峰值进行归一化处理并用于模式识别及指纹图谱的构建。在对小分子有机物识别检测中,该阵列能区分识别15种小分子有机物,具有一定的定量检测能力。在此基础上,以白酒指纹图谱与模式识别为手段,该阵列被成功用于16种白酒的准确区分识别。后续盲样测试LOO准确率为96.9%,表明该阵列具有很好的普适性及实际应用潜能。在16种白酒与其它5大蒸馏酒区分测试中,此阵列虽能区分21种蒸馏酒,但不能实现对白酒样本与非白酒样本的判定。(5)构建了基于金纳米棒状颗粒(Au NRs)的比色传感阵列,成功将其用于20种还原性物质的定性定量检测及16种白酒的区分识别。该阵列利用的原理是还原性物质能降低氧化型邻苯二胺(ox-OPD)对4种尺寸Au NRs的刻蚀程度。紫外可见吸收光谱及TEM-EDS被用来表征刻蚀前后Au NRs形貌及变化规律。将反应的ΔRGB值用于后续模式识别及指纹图谱建立。在对还原性物质识别检测中,该阵列能区分识别20种小分子有机物,具有一定的定量检测能力。在此基础上,以白酒指纹图谱与模式识别为手段,该阵列被成功用于16种白酒的准确区分识别。后续盲样测试LOO准确率为90.6%,证明此阵列具有良好的普适性及实际应用潜能。高锰酸钾指数(GB 11892-89)作为饮用水中可氧化物质检测的指标被用来定量检测白酒中还原物质总含量。对8种白酒的阵列响应欧氏距离与高锰酸钾指数进行多维回归分析,证明二者存在极显著相关且拟合结果优良(P<0.01,R2≥0.849)。在16种白酒与其它5大蒸馏酒样本区分测试中,此阵列能成功将21种蒸馏酒分开,且能实现对白酒样本与非白酒样本的判定。(6)综合前5个具有针对性的纳米传感阵列,构建一个超大型多维综合阵列用于完善单个阵列存在的盲样测试结果不理想、21种蒸馏酒识别错误、白酒与非白酒判定准确率不高的局限。采用LDA算法与RBFNN中newrb函数评价该阵列对酒类样本的区分识别性能。LDA结果中,盲样测试的LOO准确率为84.4%,区分识别21种蒸馏酒及判定白酒样本与非白酒样本的LOO准确率为100%。RBFNN结果中,盲样测试准确率为93.8%,区分识别21种蒸馏酒及判定白酒样本与非白酒样本的LOO准确率同样为100%。以上结果证明该超大型多维综合阵列确能准确区分识别21种蒸馏酒,准确判定白酒样本与非白酒样本。选择在盲样测试中表现较好的、模型普适性高的RBFNN-newrb函数模型结合软件需求分析,开发了一款Baijiu Test App。该App能够自动导入各子阵列数据并将其带入模型,根据样本属性计算得到最符合样本的类别归属,实现白酒的准确区分识别。在1120次测试中,该App测试准确率为96.875%,证明该App能够准确区分识别白酒样本且稳定性良好。
其他文献
热毛细流广泛存在于浮区法、提拉法等工业实践中,热毛细流失稳亦是近二十多年微重力流体物理和空间材料科学的重要研究内容。半浮区(液桥)模型和环形液池模型分别从浮区法和提拉法晶体生长简化而来,它们是研究热毛细流最广泛采用的模型。本文基于谱元法的线性稳定性分析针对半浮区模型和环形液池模型中热毛细流的失稳展开研究,同时将旋转磁场无限长模型、有限长简化模型、有限长Ф1-Ф2模型以及多极对非均匀旋转磁场Ф1-Ф
固体氧化物燃料电池(SOFC)能够直接将燃料的化学能转化为电能,是一种高效、清洁和可持续的新型能源转化装置。连接体作为SOFC的关键组件之一,起着连接单电池、分隔阴极和阳极气氛,以及传导电流的作用。随着SOFC技术的发展,其工作温度降低到600~800℃,使得部分耐高温的金属材料可以代替传统的陶瓷材料作为连接体。铁素体不锈钢(FSS)具有与电池其他组件相匹配的热膨胀系数(CTE)和可接受的高温抗氧
目前,心血管疾病(Cardiovascular diseases,CVDs)作为全世界范围内第一致残致死疾病,严重威胁人类健康,同时也给个人,家庭和国家带来沉重的社会负担和经济负担。动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS),是CVDs最常见的病理基础,深入研究AS发生发展的机制对于心血管疾病的预防和治疗具有十分重要的意义。大量临床研究发现,AS病变好发于动脉血管狭窄、弯曲和分叉处,这些
作为数据挖掘的重要分支,尽管离群检测和聚类分析已被广泛研究多年,现仍处于蓬勃发展阶段。在离群检测和聚类分析任务中,特别是局部离群检测和基于局部密度的聚类分析,最近邻搜索方法起着非常重要的基础性作用。但传统最近邻居搜索方法,如k-最近邻居(k-nearest neighbors,k NN)和逆k-最近邻居(Reverse k-nearest neighbors,Rk NN)等,它们简单但单一的近邻搜
能源是推动世界各国经济发展的基本动力,在面对百年未有之大变局的时代背景下,全世界范围内都在积极布局和开发可再生能源。相比传统的化石能源,风能和太阳能等可再生能源具有明显的间歇性、随机性和波动性的特征。要准确、灵活和有效地对可再生能源发电的不确定性进行刻画,仍是一个极具挑战性的研究课题。场景分析能够描述随机过程的动态特性,是应对可再生能源发电不确定性的主要方法之一。以往的场景分析研究主要采用基于概率
岩石的应力状态变化是引起地表岩石(岩体)破裂,并产生固体地球灾害的根源,相比传统的“点”式应力监测技术,对岩石应力状态的大范围面式监测以及灾变预警是防灾减灾的关键。近年来岩石受力红外观测实验结果与震前热红外辐射观测结果表明,岩石在不同加载阶段的红外辐射变化规律不同,在失稳破裂前存在“时-空-强”异常特征,热红外遥感有可能成为岩体应力与灾变预警以及地应力场动态监测的良好手段。然而,目前对于岩石受力的
7xxx系铝合金因具有优异的力学性能被广泛应用于航空、航天及高速列车等众多领域,但由于其合金化程度高,也存在成形性差、耐蚀低等问题。因此,从合金化设计的角度出发,可以采用微合金化或者改变主合金元素比例的方式对其性能进行调整。鉴于一种元素含量的调整往往会对其他元素产生影响,所以深入研究合金组元之间的交互作用对合金设计有重要的指导意义。此外,通过形变影响合金早期析出产物,进而改变其时效析出过程,也是改
番茄果实具有丰富的营养和食用价值备受消费者的喜爱,同时番茄果实是研究肉质果实生长发育,成熟衰老的重要模式植物。糖类对果实的生长发育起着十分重要的作用,目前较多糖转运蛋白家族的基因已被分离鉴定,但是番茄中SFP糖转运蛋白家族成员的功能尚未见报道。在番茄果实成熟过程中,已经鉴定到了许多正向调控基因,但是仍有许多调控机制不清楚。本论文中对在番茄果实发育过程中表达量较高的一个SFP糖转运蛋白家族基因Sl
21CoCrNi钢是一种新型二次硬化超高强度钢,其Cr的质量分数达到10%,因此具备良好的耐腐蚀性能,已成功应用于多种航空结构件。21CoCrNi钢采用双回火工艺进行热处理,工艺复杂,而关于其熔炼工艺和热处理工艺优化的研究报道较少,热处理工艺变化对其微观组织和强韧性能的影响机理也还不明晰。本文对比了不同种类稀土及A1添加对21CoCrNi钢洁净度的影响,研究了复杂的双回火工艺和低成本的单回火工艺对
研究背景和目的内脏脂肪含量增加与糖尿病患病风险增加相关。胰腺是内脏脂肪的沉积器官之一。基础研究显示,胰腺脂肪含量的增加可通过增加胰岛素抵抗、损害胰岛素分泌、促进胰岛细胞凋亡等多方面造成胰岛细胞损伤。既往多项人群研究评价了胰腺脂肪含量与糖尿病患病、胰岛细胞功能之间相关性,但结论并不一致。胰腺是腹膜后器官,位置较深,胰腺脂肪分布不均,因此不易测量脂肪含量;胰腺的脂肪含量评估方法也不一致。本研究将通过人