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如何提高近红外光谱技术在食品安全检测仪中的准确性?

2026-02-24

近红外光谱技术凭借快速、无损、多指标同时检测等优势,已广泛应用于食品安全检测仪,但在实际现场快速检测中,准确性容易受样品状态、环境干扰、仪器硬件、建模方法等因素影响。提高近红外检测的准确性,需要从光学系统优化、样品前处理、建模策略、环境补偿、算法升级、标准化操作等方面进行系统性提升,从而实现现场条件下高精度、高稳定、高可靠的定量与定性检测。

优化仪器硬件与光学系统是提升准确性的基础。近红外检测仪的光源稳定性、分光系统、检测器灵敏度直接决定光谱质量,应选用长寿命、高稳定的卤钨灯,减少光强波动带来的基线漂移;采用高分辨率光栅或傅里叶变换结构,提高光谱分辨率,使特征信息更完整。检测器需具备高信噪比、低噪声特性,降低随机干扰。同时优化光路设计,减少杂散光、反射损耗与光路偏移,保证光谱信号真实反映样品成分信息。定期进行波长校准、光强校准与仪器性能验证,可保持硬件系统长期稳定,从源头减少系统误差。

规范统一的样品前处理是提高现场检测准确性的关键。食品基质复杂,水分、颗粒度、均匀性、装填密度都会严重影响光谱重复性。检测前必须对样品进行标准化处理:对固体样品进行粉碎、过筛,控制粒径一致,减少散射差异;对不均匀样品充分混匀,保证成分分布均匀;控制样品装填压力、厚度、表面平整度,避免因疏松或紧实不同导致光谱偏移。对于高水分样品,采用恒温控制或适当干燥,减少水分强吸收对其他指标的干扰;对油脂、酱料等黏稠样品,采用恒温熔化或均匀涂膜,提高光谱稳定性。统一的样品处理方式能显著降低基质干扰,使光谱信号更具代表性。

建立高质量、高代表性的定标模型,是近红外检测准确可靠的核心。模型应覆盖实际检测中可能遇到的品种、产地、批次、加工工艺,样本数量充足、浓度范围合理。选择与成分含量相关性强的特征光谱区间,避免无关信息与噪声波段。采用适当的光谱预处理方法,如多元散射校正、标准正态变量变换、一阶或二阶导数、平滑滤波等,消除基线漂移、散射干扰与环境影响。结合偏最小二乘法、支持向量机、神经网络等化学计量学算法,构建稳健的定量或定性模型,并通过交叉验证、外部验证不断优化,消除异常值,提高模型的预测能力与适应性。

环境干扰的实时监测与动态补偿,能大幅提高现场检测的稳定性与准确性。现场温度、湿度、光照变化会导致光谱漂移,直接影响检测结果。可在仪器内部集成温度、湿度传感器,实时采集环境数据,通过数学模型对光谱进行温度补偿、湿度补偿。采用恒温光路设计或隔热结构,减少环境变化对光学系统的影响。对于长时间连续检测,建立动态校准机制,定期用标准参考物质校正模型偏移,消除仪器漂移与环境累积误差,保证检测结果长期准确可靠。

提高模型的适应性与抗干扰能力,可应对复杂食品基质带来的准确性问题。食品基质差异大,不同种类、不同配方样品的光谱背景差异显著,容易导致模型预测偏差。采用基质分类建模,针对不同品类分别建立专用模型,比通用模型精度更高。引入迁移学习、模型更新、自适应算法,当出现新样品或新批次时,快速补充少量样本更新模型,提高模型泛化能力。同时结合特征提取与变量选择方法,突出有效成分信息,弱化基质背景干扰,使检测结果更接近真实值。

采用标准物质与参考方法进行比对校准,是保证检测准确性的重要手段。定期使用有证标准物质或实验室标准方法对检测仪进行校准,建立近红外预测值与标准参考值之间的校正关系,消除系统偏差。在现场检测中设置质控样品,每批检测同步测定质控样,实时监控仪器状态与结果准确性,一旦出现偏差立即校准。通过标准方法比对,不断优化模型与仪器参数,使快速检测结果与实验室方法具有高度一致性。

规范操作流程与人员培训,能减少人为因素带来的误差。统一采样位置、装样方式、检测时间、光谱平均次数,避免因操作不一致导致数据波动。对操作人员进行标准化培训,使其掌握仪器原理、样品处理、模型维护、异常判断等技能,提高实际应用中的规范性与可靠性。

提高近红外光谱技术在食品安全检测仪中的准确性,是硬件优化、样品标准化、高质量建模、环境补偿、算法升级、标准校准、规范操作多环节协同的系统工程。通过全流程精细化控制,可显著降低基质干扰、环境波动与系统误差,使近红外检测仪在现场快速筛查中实现高精度、高稳定性、高一致性的检测结果,为食品安全监管提供更可靠的技术支撑。

本文来源于深圳市芬析仪器制造有限公司http://www.csy68.com/

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