近红外光谱法定性判别牛奶中的三聚氰胺

近红外技术(N IR)是20世纪70年代后发展起来的一种新的快速定性定量分析技术,近红外光谱包含丰富的物质信息，其谱图与物质本身的组成密切相关，通过对光谱特征的分析，可以获得有关物质结构与组成的信息。其主要特点是无需复杂的前处理即可通过对光谱信息的分析提取出物质的特征信息，因此特别适合用于快速鉴别物质的品质，已广泛地应用于农业、化工和食品行业中。

本实验用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺。实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品，用于定性分析。结果表明，近红外光谱分析是一种快速、方便和环保有效的判定乳制品中三聚氰胺是否过量的新方法。

样品制备

所需主要材料和仪器:三聚氰胺分析纯500g，同一批次的超市购买某品牌纸袋纯牛奶4L，感量为0. 1mg的电子天平，水浴锅，容量瓶，移液管等。第一组样品用于定性分析：共配制三聚氰胺含量范围为0. 0973～96. 7806mg/kg的牛奶样品共20个(样品标号为01～20) ，不含有三聚氰胺的纯牛奶样品5个(样品标号为21～25). 制样时,用电子天平称取一定质量的三聚氰胺加入到牛奶样品中来得到不同含量的样品,摇匀, 在40℃水浴锅中加热10min。第二组样品用于定量分析：用相同方法配制三聚氰胺含量范围为0. 9754～19. 5672mg/kg的牛奶样品19个,在40℃水浴加热10min。

光谱采集

实验仪器采用近红外光谱仪，进行全谱测定,采集牛奶样品在近红外光谱680-2500nm整个区域的光谱信息。装样时需将牛奶样品倒入至样品杯约1/5位置 ,采用旋转顶窗设计，漫反射方式测定样品N IR 漫反射光谱。 仪器参数设定如下：扫描范围为680-2500nm，扫描间隔1nm，重复扫描24次求平均光谱. 两组牛奶样品的近红外光谱如图1和图2所示.

图1.第一组样品的吸收光谱图

图2.第二组样品的吸收光谱图

定性分析

三聚氰胺的定性分析是基于样品的近红外光谱特征。近红外光谱能反映被测样品的组成和结构性质,相同或近似的样品有着相同或接近的光谱;反之,如果样品的组成和结构性质有较大的差异,则其近红外光谱也存在较大的差异。聚类分析是根据“物以类聚”的道理,在没有先验知识的情况下,能合理地按样品各自的特性来进行合理的分类。

在本实验中将近红外光谱法与聚类分析法结合针对第一组实验样品进行分类.。为了验证定性分类的准确性，基于含量梯度法的原则选取第一组样品中15个作为建模样品(15个为含有三聚氰胺的样品) ，另5个和第二组样品为验证集。

样品间距离可以用三种方式表示：样品距离、马氏距离、欧式距离。本实验分别用这三种距离计算，发现都能满足定性判别，并有效区分出牛奶中是否含有三聚氰胺，三种方法中以马氏距离最佳。因此采用近红外光谱和聚类分析相结合来定性检测牛奶中是否含有三聚氰胺的方法是可行的。