主题：【求助】rank的意义

运用近红外光谱法测定烤烟中蛋白质含量的数学模型 来源:  作者:周淑平，李卫红，程贵敏，田晓霞 [摘 要]运用傅立叶变换近红外漫反射光谱仪(NIRS)分析了初烤烟叶中蛋白质含量，通过应用化学计量学方法，建立近红外光谱与初烤烟叶样品中蛋白质含量间关系的数学模型。结果表明：该模型稳定性好，可用来快速、准确、无污染地测定初烤烟叶样品中的蛋白质含量。
[关键词]烤烟；近红外光谱；数学模型；蛋白质
The Mathematical Model of Near Infrared Reflectance Spectroscopy(NIRS) Analysis for Protein Content in Flue-cured Tobacco Leaves
ZHOU Shu—ping，Li Wei—hong，CHENG Gui—min，TIAN Xiao—xia
(Tobacco Institute of Guizhou，Guiyang 550003，China)
Abstract：In this study。the near infrared reflectance spectroscopy (NIRS)was used to analyze the protein content in fluecured tobacco leaves．The math ematical model of NIRS and the protein content in flue-cured tobacco leaves was established with stoichiometry method，NIRS can be used to determine accurately and speedily protein content of flue-cured tobacco leaves samples
without pollution in short time．
Key words：flue-cured tobacco leaves；near infrared reflectance spectroscopy(NIRS)；mathematical model；protein content
    草中含氮化合物通常以总氮量表示，其主要成分是蛋白质、烟碱、氨基酸等，其含量对烟草的感观评吸质量和吸烟者的健康都有重要影响，历来受到人们的重视。烟草蛋白质含量是评定烟草品质的一项重要指标，检测通常采用常规化学分析法，其分析检测过程非常繁琐，费时、费力、成本高。近几年来，运用近红外漫反射光谱法(near infrared reflectance spectroscopy，NIRS)对烟草样品进行定量分析，已成为国内外烟草界的一个热门课题。近红外漫反射光谱(NIRS)技术的优点为：(1)分析样品量少(无损、可重复使用)、分析速度快、精度高、结果稳定性好；(2)样品不受常规化学分析的制样影响，其结果保持直接与客观性；(3)分析结果(光谱)采集信息量广，包括植物大分子结构的多元信息量和微信息量 J。配合现代数字信息处理(化学计量学)手段，运用此项技术可在短时间内完成大量群体样品的定标建模和验证，并可利用预测模型对同类待测样品进行快速分析，进而建立数据库。运用NIRS法测定烟草样品中的化学成分，难点在于要从复杂、重叠、变动的光谱背景中提取弱信息，建立数学模型。而建立稳定的数学模型，需要从大量样品中选择有代表性的样品。笔者主要采用贵州省不同生态地区的烟叶样品和部分云南、四川、重庆、山东、福建、河南、辽宁等地的烟叶样品进行了蛋白质含量的化学分析和NIRS光谱扫描，通过采用主成分回归法计算，建立了烤烟近红外光谱和化学法测定蛋白质含量之间关系的定标模型，并进行内部交叉验证，对模型作预测检验，探讨用NIRS技术建立测定初烤烟叶中蛋白质含量的数学模型的可行性。
l 材料与方法
1．1 供试材料
    收集贵州省不同烟叶种植地区的初烤烟叶样品和云南、四川I、重庆、山东、福建、河南、辽宁等地区的部分烤烟样品，从中选取2001～2003年产的不同部位、不同等级的初烤烟叶样品189份。烟叶样品磨成粉状，
粒度为60目。
1．2 试验仪器
    (1)傅立叶变换近红外漫反射光谱仪(德国BRUKER VERCTOR 22／N)。(2)全自动连续流动化学成分分析仪(法国ALLIANCE FUTURA)。
1．3 化学分析
    采用烟草总蛋白质测定法。精确称取一定量的样品，样品经沉淀蛋白质、洗去水溶性含氮化合物、消化等处理后，用连续流动化学成分分析仪测定蛋白质，为建立NIRS测定烤烟中蛋白质含量的数学模型提供标样。
1．4 标准样品近红外测定
    经化学法测定过蛋白质含量的初烤烟叶样品，用VERCTOR 22／N型傅立叶变换近红外漫反射光谱仪采集光谱数据，扫描谱区范围4000～8000cm-1 ，扫描次数为64次，分辨率为8 cm-1，得到的光谱存入计算机硬盘。
1．5 数学模型的建立
    采用OPUS／QUANT-2定量分析软件系统中的主成分回归法(Modified PI S)及内部交叉证实法(Cross Validation)建立优化光谱与化学成分间的关系模型，并通过比较样品预测值与化学值的决定系数(R2)和标准偏差(RMSECV)来衡量模型的质量。
1．6 初烤烟叶中蛋白质含量NIRS快速预测模型的验证
选取已知化学值而未参与建模的样品5O份，用这些样品对已建模型进行预测性能的验证分析。
2 结果与分析
2．1 初烤烟叶样品的近红外光谱
    在4000～ 8000cm-1谱区内，初烤烟叶样品有独特的近红外漫反射光谱图。不同初烤烟叶样品的近红外光谱图存在差异，光谱反映出的信息主要是样品中的C-H、N-H、O-H、S-H 的倍频和合频信息，很难用传统分析方法通过Lambere-Beer定律直接从光谱判定计算出样品中某成分的含量，需要采用化学计量学方法对得到的近红外光谱数据进行处理。因为化学计量学应用数学和统计学方法并借助计算机技术，对矢量型或矩阵型的化学数据进行处理，可得到常规无法获得的结果。
2．2 NIRS测试初烤烟叶中蛋白质含量的数学模型
    2001～2003年共收集不同产地的初烤烟叶样品千余份，用化学法测定其蛋白质含量。烟叶蛋白质含
量最小5.42%，最高1O.59%，平均值7.82%，选取其中有代表性的样品189个建立数学模型。
    建立测定初烤烟叶中蛋白质含量的数学模型试验，经过了多次计算并应用OPUS／QUANT-2定量分析软件中的自动优化功能，选择最佳光谱预处理方法、最佳谱区、最优主成分维数，以寻找建立数学模型的最佳条件。通过比较多种光谱预处理方法的效果，以17平滑点，一阶导加直线递减方法对光谱数据进行预处理的效果最好。最佳建模谱区为3764.5～ 7825.9cm-1，最佳主成分维数Rank为9，实际参加建模样品183个。笔者将化学值称为实测值，由模型计算的值称为预测值。由初烤烟叶中蛋白质含量的实测值与预测值的关系图看出，样品均匀分布在中心线附近，其决定系数(R )和标准偏差(RMSECV)分别为93.53和0.246。
2．3 NIRS测试初烤烟叶中蛋白质含量数学模型的验证
    随机抽取50份已知化学值的烟叶样品，用创建的NIRS蛋白质含量数学模型测试，并将NIRS的测定值与化学法实测值作比较，结果显示，初烤烟叶中的蛋白质含量的变化为10.20 ～5.28%，最大绝对误差0.36，最小绝对误差0.00，平均绝对误差0.16；最大相对误差4.63%，最小相对误差0.01%，平均相对误差2.18%，小于2.50%。表明用NIRS预测结果与化学法实测值基本吻合，其准确度很接近化学方法。
3 结论与讨论
    本试验中建立了运用近红外漫反射光谱法(NIRS)定量测定初烤烟叶中的蛋白质含量的数学模型。该数学模型经过2年的试用，稳定性好。运用NIRS法测定的结果与化学方法测试结果相吻合，测定精度基本达到化学分析法的精度，具有实用性。近红外光谱法(NIRS)测定烟叶样品中的蛋白质含量的操作简单，测定速度快，无需任何试剂，可在短时间内测定大量样品。所建的数学模型可用来准确、快速地测定初烤烟叶中的蛋白质含量，但如果所测样品的年份、地区或种类超出建模范围，必须在模型中加入该类烟叶的标样，对数学模型进行校正，否则近红外光谱法测定值的精度将难于得到保证。

[参 考 文 献]
[1] Diffee John T．Tobacco analysis by NIR Spectroscopy[J]．Pract Spctrose，1992(13)：433—473．
[2] 张建平，谢雯燕，束茹欣，等．烟草化学成分的近红外快速分析研究[J]．烟草科技，1999(3)：37—38．
[3] 王芳，陈达，邵学广．近红外光谱与卷烟样品常规成分的关系模型研究[J]．烟草科技，2002(5)：23—26．
[4] Marten G C，shenk J S，Barton II F E．Near Infrared Reflectance Spectroscopy(NIRS)：Analysis of Forage Quality．Agriculture handbook No． 643． United States Department of Agriculture，Agriculture Research Service，1985．

也可以看看这篇文章，他们呢用的Rank是7，4不等
大麦近红外分析

还有一篇关于脐橙VC含量测定的近红外技术研究
脐橙VCNIR

关于主成分分析的幻灯片，主成分数与维数有关
http://chemcenter.tongji.edu.cn/BBS/attachment.aspx?attachmentid=5050

这个维数是什么意思，表征什么的呀？