近红外饲料品质分析仪网络化技术及非法添加物快速筛查.ppt

1、近红外饲料品质分析仪网络化技术及非法添加物快速筛查技术,内容提要,一、近红外网络分析技术 二、为什么近红外仪器的标准化对网络分析是必须的规程 三、饲料领域近红外定量分析技术应用进展 四、饲料中非法添加物的近红外快速筛查技术,近红外网络化分析技术,第一部分,近红外饲料快速分析技术的诱惑,简便 几乎不用处理样品或简单的粉碎样品 鼠标点击几个按钮就出结果 快速 一分钟内就可以得到水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等多种成分的定量结果 装样也在十几秒钟就可以完成 环保 每年节省大量的化学试剂 降低对环境和操作人员的化学危害,近红外饲料快速分析技术的困境,样品 如何让定标适合纷繁复杂的样品？ 如何降低环境因子

2、和样品状态对分析的干扰？ 分析 如何保障不同仪器间分析结果的一致性？ 如何保障所有近红外定标实验室化学分析结果一致？ 人员(最根本的问题是人才的相对缺乏) 如何让每个近红外实验室都配备近红外分析专家？ 如何让每个近红外定标实验室都配备最好的化学分析人员？,近红外光谱分析定标技术介绍,近红外分析仪网络化技术解决近红外应用困境的途径,解决专业近红外分析人员和化学分析人员相对缺乏的问题 解决定标重复开发问题 解决实验室和分析人员带来的不一致性问题 解决定标和数据分析客观性的问题 节约管理成本提高管理效率,近红外网络分析系统组成结构,Calibration Center 定标中心,Network Ad

3、ministration Center 网络管理中心,Steering Committee 网络中心委员会,Reference Laboratory 标准化学实验室,可以设定和提取仪器参数、实现数据同步、数据分级管理、 监控分析过程和结果的系统性的专业操作软件,实现近红外分析仪网络化管理专用软件,安全性和权限 快速自动同步数据（目录树、定标、分析结果、仪器参数、监控样数据） 可以分级管理，按用户要求任意设定网络结构,近红外网络化管理的最基本结构,从中心机到用户机：仪器更新,定标: 新定标模型下传 更新定标模型下传 定标斜率和截距下穿 在线定标保护，以防盗版（可选） 产品树: 产品树设置下传 下

4、载产品树更新设置下传(报警限，目标值等),从用户机到中心机：仪器监控,信息类型: 诊断 超限样品统计 实时状态 样品数据 上传的信息可以使中心机: 监控诊断 监控定标性能 监控仪器总体状态 一旦用户端仪器或软件出现问题提供快速帮助 关键信息通过E-mail传输到网络管理员 在中心机编辑产品信息,CP: Global RINA Network,RINA Server (Bangkok),Network Manager (Thailand),Network Manager (China),Network Manager (Ex: India),正大集团近红外网络化结构,近红外网络中心委员会,评估定

5、标模型的分析性能，决定对定标是否需要调节和升级。然后通知定标中心完成定标的调节工作 组织定标监控样品的收集 组织标准化样品的收集 组织标准化学分析实验室间的循环测试 协调近红外网络的管理,近红外网络化管理系统各个环节的职责,网络管理中心-维护服务器、保障网络通讯数据传递的通畅和安全以及数据的备份 定标中心-负责分析定标样品的代表性、修订和调整定标以适应客户端的需求，对每天监控样数据进行分析、定期对组网仪器进行标准化 标准化学实验室-检定标准分析方法所用的器具，参加实验室循环比对，验证参与建立定标样品的标准化学值的准确性，保障监控样标准值的可靠性 用户端-按照定标中心的要求制备样品、根据仪器厂商

6、的操作规程操作仪器、确保样品编号的正确,国际上饲料领域近红外联网情况,参与联网的近红外饲料分析仪涉及5大洲30多个国家. 采用 FOSS 集团丹麦的 RINA Server 联网的有85台. 还有260台近红外设备采用企业服务器进行跨国联网.,国内饲料分析领域近红外安装情况,正大中国地区37台（水产料生产线已经联网） 嘉吉普瑞纳17台（已经实现国际联网） 六和饲料12台（拟联网） 新希望6台（拟联网） 各省饲料监察部门及研究机构15台 全国范围共安装约130台,北京农科院信息中心和福斯公司合作已经创立了我国第一个近红外网络系统,已经有20个来自不同省份的科研机构和企业加入该网络，我们准备建立有

7、50台设备的网络化近红外分析系统，目前这些参与联网的近红外仪器主要是用于主要农作物谷物品质分析,什么是近红外仪器的标准化为什么标准化对网络分析是必须的规程,第二部分,近红外网络分析技术仪器要点,所有参与组网的仪器必须进行标准化处理 标准化是使两台仪器(如子机对主机)对于同一个样品得出相同的光谱（区别于单个实验室的趋势分析） 这样才能保障定标在两台仪器间传递而不需调整。 允许从所有参加标准化的仪器收集数据，一并参与定标。,标准化 Standardisation,收集样品 (一组代表性样品),准备样品 分发样品,在所有仪器上扫描 母机子机,计算每台仪器 对主机的偏差,批准各仪器调整的 幅度 (网络

8、中心委员会),把调整信息通过 网络软件传递给子机 (网络管理中心),仪器间的差异与定标转移,样品的制备 样品的表征方式的变化 仪器的波长 外部杂散光 光路设计 电子部件设计 温度的变化 检测器和光度计相应差异 带宽差异,在不同仪器对同一样品的扫描其光谱产生的差异，可归结为以下原因:,仪器标准化前,标准化后,定标模型的升级,收集样品的扫描数据 及实验室分析数据 准备文件,定标模型扩展,评价和优化: 精度 (新、旧定标） 转移性 重复性 温度稳定性,计算每一台仪器 的调整值. (现有标准化文件),批准使用新 的定标模型 (网络中心委员会）,将新定标模型 传输到每一台子机,近红外光谱分析技术光谱量化

9、应用,Global H = 3.0,Neighborhood H = 0.6,定标的完善：利用所得定标进行日常分析过程中，可通过GH和NH继续选择新的样品填补原有数据库中的空白点，进一步完善定标。,定标模型的监控,分析： (化学值、近红外),在近红外网页上 登记样品,决定是否需要 截距调整 （网络中心委员会),向网络子机传输所需要调整的 截距,图形表示及 统计学数据 (近红外网页),收集定标监控样品 (不同品种、地域，收获时间等),需要 YES,不需要NO,采用标准监控样监视所有组网仪器,近红外在饲料领域的定量分析应用进展,第三部分,近红外定量分析在饲料质量分析中的公认标准,1975年加拿大谷

10、物委员会正式确定NIR为该国官方的蛋白质分析方法 1979年NIR成为官方分析油料中单葡萄糖苷的快速测定方法 1983年成为快速测定油料中不饱和脂肪酸的官方分析方法 1984 美国公职分析家学会(AOAC) 989.03: NIR成为分析饲料中蛋白，酸性洗涤纤维，中性洗涤纤维的标准方法 1985年国际谷物技术协会采用NIR技术测定蛋白,近红外技术在我国饲料研究与应用进展,七五期间，近红外定标软件的研制列入国家攻关计划。 在此期间以中国农科院畜牧研究所为首，全国近20家研究所联合完成了 饲料用玉米等九个能量饲料 大豆粕等4个蛋白饲料 苜蓿粉等7个粗饲料 蛋鸡配合料 6个饲料的消化能和代谢能含量分

11、析 大麦等4个饲料原料的氨基酸分析 米糠饼等6个饲料的植酸磷分析 饲料添加剂中喹乙醇分析的定标工作 干物质，粗蛋白，粗纤维，和灰分组分的定标数据库建立和定量分析工作,NIR技术2002年已正式列入我国饲料国标,GB /T 18868-2002 饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨酸、快速测定近红外光谱法 Method for determination of moisture, crude protein, crude fiber, crude fat , lysine and methinione 馔写人 国家饲料质量监督检验中心 杨曙明 宋荣,全国已经安装的设备达130多套，包

12、括嘉吉、正大、六和、新希望等几十家企业和部分省部级饲料检测机构,近红外技术在饲料企业的监控点,投料口,混合机,冷却机,储运库,饲料及饲料原料分析,猪饲料、牛饲料、家禽饲料（鸡饲料、鸭饲料等）、宠物饲料、鱼饲料、干草及青储饲料等。 饲料原料：豆粕、菜粕、玉米、小麦、麦麸、鱼份、肉骨粉、玉米蛋白粉等,目前可进行近红外分析的14类饲料原料,TR-3750,饲料定标简介 原料-豆粕,仪器型号及配置 Model 5000, Transport Module, Reflectance Detector,饲料定标简介 原料-玉米,仪器型号及配置 Model 5000, Transport Module, R

13、eflectance Detector,饲料定标简介 原料-玉米蛋白粉,仪器型号及配置 Model 5000, Transport Module, Reflectance Detector,原料定标举例-鱼粉,配合饲料定标举例,仪器型号及配置 Model 5000, Transport Module, Reflectance Detector 典型定标一览 配合料(5000-2000) 包括蛋鸡、蛋鸭，肉鸡、肉鸭、种鸡/鸭、仔猪、生长猪等各种配合料,其它可提供的原料定标,其它可提供的原料定标,饲料中非法添加物的近红外快速筛查技术,第四部分,定性分析,采用模式识别算法 划分为两部分: 鉴定-告诉

14、你是什么产品 定性-告诉你这个产品与过去接受的产品有多么一致,模式识别算法包括 ,Correlation in Wavelength Space 波长空间相关度分析 Maximum Distance in Wavelength Space 波长空间最大距离分析 Mahalanobis Distance in Principal Component Space 主成分空间马氏距离分析 Residual Variance in Principal Component Space 主成分空间残余变量分析 Partial Least Square Discriminant Analysis 偏最小二乘

15、法鉴定分析,采用近红外技术实现饲料中非法添加物快速筛查,NY/T 1423-2007 鱼粉和反刍动物精料补充料中肉骨粉快速定性检测近红外反射光谱法 本标准规定了鱼粉和反刍动物精料补充料中肉骨粉的近红外反射光谱快速筛选方法 本标准适用于含有肉骨粉的各种鱼粉和反刍动物净料补充料的定性判别和定量分析 中国农业大学,国家饲料监督检验中心,鱼粉中肉骨粉定性分析实验定标样品集的信息,收集鱼粉样本90个，全部来自黄埔商检局。肉骨粉45个，来自全国抽检样品和河北石家庄高蛋白饲料厂 样本通过旋风磨粉碎后，使之全部通过0.5mm的筛孔，样品密封后与冰柜中以适宜的温度保存。,鱼粉中肉骨粉定性分析实验定标样品集定标结

16、果,鱼粉中肉骨粉定性分析实验定量分析实验结论,用验证样品集对NIRS定标模型的预测精确度和可靠性进行了检验 其真值与NIRS预测值的决定系数R2=0.920,预测标准差SEP=0.261,相对分析误差RPD=3.390，获得了较理想的预测准确度 利用近红外分析技术定量分析鱼粉中肉骨粉的含量是可行的，并能获得较理想的精度。,采用近红外技术进行快速鉴定分析-某些应用举例:,红鱼粉与白鱼粉的定性快速鉴定 富马酸亚铁的掺假鉴定 氯化胆碱的掺假鉴定,波长空间相关度分析,相关度分析指光谱的相似度分析 相关度分析对光谱的吸收峰和谷敏感 相比较峰高变化，相关度分析对峰的位移更为敏感 相关度分析处于“宏观“水平

17、，从整体上来看整个光谱模式变化而不是看光谱的某一部分。,相关度分析,当一个 相关度方法建立后，在鉴定和定性一个新的 “未知” 样品时, 比较“未知”样品光谱和已确立的每一个产品光谱库，计算一个匹配指数 . 当匹配指数高于用户设定限时，新的“未知” 样品被鉴定为某一类产品,波长空间最大距离分析,波长空间最大距离是看局部，即分别看每个波长(而相关度分析是看整个谱带模式变化) 因为这个特点 ,对严格控制成分限的产品和鉴别微小含量的污染物产品而这些污染物在训练集中不存在等应用，这个方法十分有效。 这个方法通常用于定性而不是鉴定。,主成分空间马氏距离算法,主成分空间马氏距离算法用一个主成分模型计算每一个

18、产品库 分析过程中，首先采用每个产品库的模型计算新“未知”样品光谱的得分并计算马氏距离。采用几率(推荐)或匹配值算法，当马氏距离在设定限时，新样品则被鉴定为为某一类产品,什么是PCA主成分分析,主成分分析是将数据组降维为较小个数的正交(非相关)数据的数学运算过程，这些数据的线性组合可近似恢复原始数据。 用于马氏距离运算前的数据简化（较少数据-更快运算）,主成分空间的残余变量,主成分空间残余变量是聚类分析非常有效的办法，在这个方法中，采用一个局部主成分模型计算数据库中的每一类产品.,残余变量续,每个产品的主成分模型用于重新构建未知样品图谱。采用原始光谱和重构光谱的差异计算残差(残余变量) 当采用某个产品的主成分模型计算的残余变量在允许限时，未知样品就被判定为此类产品,主成分空间残余变量,采用残余变量算法 ,每个产品的主成分重构光谱鉴于每个样品的原始光谱，产生“残差”-即所指的残余变量 残差变量算法，产品库样品间的共性部分被保留而产品库样品间的差异性被去除。这样算法可以更好的评价产品间的差异。,主成分空间的残余变量,在分析过程中, 当采用几率算法时，软件计算样品不属于产品库的几率 由于残余变量是基于主成分的算法 因此强烈建议每个产品库至少