[发明专利]一种基于X-射线荧光分析的农产品元素定量检测模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X-射线荧光光谱分析技术，特别是涉及一种X-射线荧光光谱的峰值法建模。

背景技术

传统的能量色散型X-射线荧光光谱仪在建立统计模型时大都使用峰面积法。峰面积法具有以下优点：不需准确知道样品的进样量，操作条件略为变动对试验结果的影响相对较小，计算方便，适合对多种元素同时进行分析。

曾国强等人基于模拟退火算法原理，建立一种新的寻峰模型算法，该算法利用模拟退火寻找全局最优点的收敛特性，以Metropolis准则作为峰谷判断的基础，引入新的判定标准和峰谷数组，同时从谱道址两端同时收敛，以收敛到同一最优解为终止条件。同时，利用该算法与简单比较法、三阶导数法进行对比实验，结果证明该算法在X荧光光谱寻峰中有较强能力，在实际生产中具有一定价值。刘合凡等人为解决X射线荧光测量过程中的仪器刻度和校正难题，通过理论研究并运用蒙特卡洛方法对X射线荧光仪进行建模，得到了X射线探测器能谱响曲线。结果表明：模拟的X射线探测器能谱响应全谱与实测情况基本一致，而主成份谱线则高度一致，特征峰半高宽相对误差均在5％以内。方法为X射线荧光测量的仪器刻度和校正提供重要的研究信息，不仅为元素分析工作节省大量人力物力，也为无标样X射线荧光分析提供了有力的理论支撑。方法也可用于X射线荧光分析过程中的其他研究领域。

但在采用峰面积建模时，不同的元素在出峰位置上往往会出现重叠现象，且多数仪器使用的软件在确定峰面积峰界的时候需要根据观察手动输入，因此容易造成较大误差。对比X射线荧光光谱仪与电耦合等离子体发射光谱仪的数据发现，在测量一些含量较低的元素，出现了较大的偏差，对比X射线荧光光谱仪与电耦合等离子体发射光谱仪测量数据可以发现：用峰面积建立的模型的准确度相对较低，对含量值较小的元素产生的误差较大。除此之外，现有X射线荧光光谱仪大多采用峰面积法建模，建模方法较为单一，选择性较少。为此提出了用峰值法进行建模分析，以期为X射线荧光建模方法的多样性提供理论基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于X-射线荧光分析的农产品元素定量检测模型构建方法，以实现对农产品元素含量进行准确快速地无损检测，且避免使用强酸造成污染。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于X-射线荧光分析的农产品元素定量检测模型构建方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，收集农产品样品得样品集，对得样品集进行粉碎、过80目筛、压片后，再测量样品集的X射线荧光光谱谱图；

步骤二，用电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品集元素，得到样品集元素真值，并与所述的X射线荧光光谱峰值进行关联；

步骤三，对所述X射线荧光光谱谱图进行预处理、划分为校正集样品与验证集样品并剔除异常样品；所述的预处理包括：微分处理、归一化、多元散射校正、中心化、标准正态变量交换和光谱平滑，最终得到所述样品集的的X射线荧光光谱值；

步骤四，通过主成分分析、偏最小二乘、人工神经网络，利用峰值法建立所述样品集元素的真值与所述X射线荧光光谱值之间的校正模型；

步骤五，通过验证集样品对所述校正模型的精度进行验证；通过所述的预处理及所述的校正模型建立方式得到不同元素的建模方法及相关性分析，将预测相关系数最高的模型作为农产品元素定量检测模型；

所述元素为Al、P、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb中的任一种。

所述的微分处理是对所述的X射线荧光光谱值求一阶导数和二阶导数；

所述的归一化处理为对X射线荧光光谱值进行归一化，方法如下：设定数据集中所有的数据向量长度相同，每个向量中所有元素的平方和相似，令：

Σk=1NVXik2=Ci---(1)]]>

为使数据向量能归一化为N，将向量中每个元素乘以公式表示为：