便携式蔬菜叶片重金属镉含量无损检测仪设计与试验

针对蔬菜叶片重金属镉检测传统方法存在的检测仪器体积大、检测成本高和具有破坏性等问题,提出一种基于可见光近红外波段光谱蔬菜叶片重金属镉检测方法,并设计了一款无需预处理、检测速度快、体积小且便于携带的重金属镉检测仪,能够适用于移动式的现场检测。配置4个重金属镉胁迫梯度(0、1、3、5 mg/L)营养液,培育各镉胁迫的生菜样本,通过高光谱成像系统采集叶片反射光谱数据,利用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)筛选出3个特征波长(550、680、800 nm),采用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression,PLSR)搭建重金属镉检测模型,该模型测试集相关系数R_(p)为0.9149,测试集均方根误差为0.5271 mg/kg。使用自制的仪器做标定试验,选择A/D采集电压做参考,用标定数据进行建模,模型训练集相关系数R_(c)为0.8581,训练集均方根误差为0.4975 mg/kg,测试集相关系数R_(p)为0.8432,测试集均方根误差为0.5526 mg/kg,模型预测效果较好。最后对便携式重金属镉无损检测仪检测精度进行验证,选取与建模无关的30组镉胁迫生菜叶片实时检测,与标准理化值对比,均方根误差为0.32 mg/kg,绝对测量误差为-0.69~0.66 mg/kg,平均绝对误差为0.26 mg/kg,结果表明检测仪能够实现生菜叶片镉含量的实时无损检测。

作物叶片表面农药残留的便携式检测仪器的设计与试验

针对现有的农药残留检测仪器只能检测水溶液体系中的农药残留和检测对象较为单一的问题,该研究以不同植物叶片啶虫脒农药残留为研究对象,探究了利用荧光强度检测叶片表面农药残留的可行性,设计了一款叶片表面农药残留的便携式检测仪器。首先,通过啶虫脒农药叶片表面喷洒试验,采集叶片的荧光光谱并进行特征分析,发现啶虫脒农药的最佳激发波长和最佳发射波长分别为355和500 nm,从而确定光源和光电信号接收源的特征波长分别为350和500 nm。然后,通过获取最佳光源照射角度以及光照距离,优化光路结构减少叶片表面杂散光的干扰。同时,设计相关检测电路(光源电路、信号调理电路、控制电路等)测出表征反射光强度的电压值,构建电压值与农药残留值之间的线性方程,设计便携式检测仪对农药残留进行检测。结果表明:1)荧光强度与农药浓度在1~5 mg/L的范围内成正比;2)确定了检测仪器最佳光照角度为45°,光源和待测叶片之间的最佳垂直距离为3.46 cm;3)方程决定系数达到了0.875,均方根误差为0.405 mg/L。该研究所设计的便携式荧光光谱仪能够快速、准确、无损检测叶片表面农药残留。