近红外光谱法检测玉米秸秆纤维素的含量

1 前言

玉米是供作饲料为主的粮、经、饲兼用作物，玉米秸秆也是工、农业生产的重要生产资源。作为一种资源，玉米秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分，可用作畜牧业饲料的原料。长期以来，玉米秸秆就是牲畜的主要粗饲料的原料之一。玉米秸秆占整株玉米生物学产量的 50%以上，是反刍动物重要的粗饲料来源。随着人们对高营养价值的需求量逐渐增加，动物饲养商对其所用的饲料的营养价值也越来越关注，因而饲料中营养组分的评价也就成为动物饲养过程中一个必不可少的环节。

玉米秸秆中纤维素含量是衡量其营养价值的重要指标之一，而纤维素的常规分析方法速度慢 ，成本较高，不适合大批样品的测定和对育种中间材料的筛选。近红外分析技术具有分析快速、简便、非破坏性以及可同时进行多组分测定等优点。因此此方案使用海能SpectraStar近红外光谱仪快速、准确分析玉米秸秆纤维素的方法，具有实际意义。

2 实验部分

2.1 仪器条件：

实验仪器为海能SpectraStar 1400近红外光谱仪，主要部件包括：单色仪、集成电脑、电源适配器，置顶旋转测样系统。UCal采集处理软件，内置建模软件。 测样方式：漫反射方式;检测方法：置顶旋转测样系统;实验所用的参数设置为： 波长范围：1400nm ~ 2500nm，波长步长：1.0nm，平均次数：60次。

2.2 实验方法：

仪器使用海能SpectraStar 1400近红外光谱仪扫描软件进行光谱采集。采用置顶旋转测样方式。

1) 使用研磨机将玉米秸秆粉碎，使其颗粒均匀，状态一致性要好。

2) 将粉碎后的玉米秸秆样品装入底部为石英玻璃的样品杯中，要求每个装样的密度一致。

3) 将盛有玉米秸秆的样品杯放置在旋转台上，样品随杯匀速转动，采用漫反射的方式对样品不同部位进行扫描。

实验共备置80个玉米秸秆样品，其中70个作矫正集样品，用于建模，其余10个作验证集样品，用于评价模型。对矫正集每个样品扫描2 次，得到140 张光谱。这些光谱都对应该样品

的纤维素含量数据。光谱采用数学处理，有效消除基线漂移和部分噪音信息，含量数据和光谱数据一一对应，使用偏最小二乘法计算，创建模型。

如图1可以看出，玉米秸秆中纤维素含量与近红外光谱有很好的相关性，相关系数达到0.9571。使用模型对验证集样品进行预测，其最大相对偏差为5.8%，其余都在4%以内。

3 结果与讨论

采用海能SpectraStar 1400近红外光谱仪快速、高效检测玉米秸秆中纤维素的含量是可行的。采用PLS建立了定量模型，矫正集中样品的预测值与化验值有很好的相关性。近红外技术检测玉米秸秆纤维素，无需对样品进行繁杂的处理，并且可以同时检测多个组分。分析速度，结果准确，具有常规化学方法所不具有的优点。