2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——近紅外光譜法在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.近紅外光譜主要是由下列哪種分子躍遷產(chǎn)生的？A.電子躍遷B.原子核自旋躍遷C.分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷D.光電子發(fā)射2.在近紅外光譜分析中，通常不需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的物理或化學(xué)前處理，這主要是因?yàn)椋篈.近紅外光波長長，穿透力強(qiáng)B.近紅外光譜信息豐富，足以涵蓋所有成分C.樣品基質(zhì)效應(yīng)相對較小D.儀器自動化程度高3.下列哪項(xiàng)不是近紅外光譜儀器的常規(guī)組成部分？A.光源B.樣品池C.光譜數(shù)據(jù)處理和建模系統(tǒng)D.色散元件（如光柵）4.在近紅外光譜定量分析中，偏最小二乘回歸（PLS）模型的主要作用是：A.對原始光譜進(jìn)行平滑處理B.消除光譜中的散射干擾C.建立光譜特征與待測組分濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系D.確定光譜中最主要的吸收峰5.評價(jià)近紅外光譜定量分析模型預(yù)測能力的常用指標(biāo)是：A.決定系數(shù)(R2)B.基線校正系數(shù)C.光譜分辨率D.交互驗(yàn)證均方根誤差(RMSECV)6.反射式近紅外光譜分析技術(shù)中，使用ATR（衰減全反射）探頭的主要優(yōu)點(diǎn)是：A.可分析液體樣品B.對樣品均勻性要求不高C.可直接分析固體、粉末、粘稠樣品，無需制樣D.光譜信噪比總是優(yōu)于透射式7.近紅外光譜法在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中應(yīng)用最廣泛的品質(zhì)指標(biāo)是：A.水分B.礦物質(zhì)元素C.氨基酸種類D.維生素含量8.下列哪種現(xiàn)象是近紅外光譜分析中需要重點(diǎn)克服的干擾因素？A.光源強(qiáng)度波動B.樣品散射C.不同樣品基體效應(yīng)差異大D.所有吸收峰都較強(qiáng)9.與化學(xué)分析法相比，近紅外光譜法的主要優(yōu)勢之一是：A.準(zhǔn)確度絕對更高B.分析成本更低（尤其對于大批量樣品）C.可同時(shí)檢測多種組分D.對微量樣品敏感度高10.近紅外光譜技術(shù)難以直接測定樣品的：A.含水率B.粗脂肪含量C.細(xì)胞結(jié)構(gòu)D.糖分含量二、填空題1.近紅外光譜區(qū)域通常指波長范圍為______?______的光譜區(qū)域。2.為了消除或減弱樣品散射效應(yīng)對光譜的影響，常用的光譜預(yù)處理方法包括______校正和______校正。3.在近紅外光譜定量分析模型建立過程中，需要從全譜中選擇與待測組分相關(guān)性強(qiáng)的波段，這一過程稱為______。4.用于評價(jià)近紅外光譜定性分析模型（如區(qū)分不同品種或等級）性能的指標(biāo)通常是______。5.近紅外光譜法是一種______(填“有損”或“無損”)分析技術(shù)。6.影響近紅外光譜分析精度的因素除了儀器和樣品本身，還與______、______以及模型適用性有關(guān)。7.建立可靠的近紅外光譜分析模型通常需要大量具有代表性且______的樣品數(shù)據(jù)。三、簡答題1.簡述近紅外光譜法檢測農(nóng)產(chǎn)品水分的基本原理。2.簡要說明近紅外光譜分析中常用的光譜預(yù)處理方法及其作用。3.列舉近紅外光譜法在水果品質(zhì)檢測中可以應(yīng)用的品質(zhì)指標(biāo)，并簡述其檢測原理。4.簡述建立近紅外光譜定量分析模型的常規(guī)步驟。四、論述題結(jié)合具體農(nóng)產(chǎn)品實(shí)例，論述近紅外光譜技術(shù)在質(zhì)量檢測方面的優(yōu)勢，并分析其目前存在的局限性以及可能的改進(jìn)方向。試卷答案1.C解析思路：近紅外光譜是由于分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷吸收近紅外光而產(chǎn)生的。2.A解析思路：近紅外光波長較長（約1200-2500nm），具有較好的穿透能力，能夠穿透農(nóng)產(chǎn)品中的一些基質(zhì)到達(dá)內(nèi)部成分，因此無需復(fù)雜前處理即可進(jìn)行分析。3.B解析思路：近紅外光譜儀的核心部件包括光源、色散元件（光柵）、探測器和處理系統(tǒng)，樣品池并非所有類型的近紅外儀器都必需的標(biāo)準(zhǔn)部件（尤其是ATR法）。4.C解析思路：PLS等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的核心目的是通過分析光譜數(shù)據(jù)和樣品濃度數(shù)據(jù)，找到兩者之間的非線性關(guān)系，建立用于預(yù)測樣品濃度的數(shù)學(xué)模型。5.D解析思路：RMSECV是通過交叉驗(yàn)證方法得到的誤差指標(biāo)，更能反映模型對未知樣品的預(yù)測穩(wěn)健性和精度，是評價(jià)預(yù)測能力的重要指標(biāo)。R2主要反映模型對訓(xùn)練集數(shù)據(jù)的擬合程度。6.C解析思路：ATR探頭利用總內(nèi)部反射原理，使光在樣品內(nèi)部多次反射，能有效激發(fā)樣品分子產(chǎn)生吸收，因此可以直接分析各種形態(tài)的固體、粉末、液體樣品，無需制備透明溶液。7.A解析思路：水分是農(nóng)產(chǎn)品中最普遍存在的組分，其含量對農(nóng)產(chǎn)品的基本性質(zhì)和品質(zhì)影響顯著，且近紅外光譜對水分的吸收非常強(qiáng)且特征明顯，因此是NIRS應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)之一。8.C解析思路：不同農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)組成和物理狀態(tài)差異很大，導(dǎo)致其基體對近紅外光的散射和吸收特性不同，這種基體效應(yīng)是NIRS分析中需要重點(diǎn)考慮和克服的干擾因素。9.B解析思路：近紅外光譜法雖然絕對準(zhǔn)確度可能不如化學(xué)法，但具有速度快、成本低、無損、可在線分析等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大規(guī)模、快速篩選檢測，總體分析成本效益高。10.C解析思路：近紅外光譜主要基于分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷，對樣品的整體化學(xué)成分和平均狀態(tài)敏感，而難以探測到樣品微觀結(jié)構(gòu)（如細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)）信息。1.12002500解析思路：近紅外光譜通常定義為波長在1200nm至2500nm之間的區(qū)域。2.基線多元散射解析思路：基線校正用于消除光譜漂移和基線傾斜，多元散射校正用于減弱樣品散射效應(yīng)的影響，兩者都是常用的預(yù)處理方法。3.變量選擇解析思路：為了建立高效準(zhǔn)確的模型，需要從原始光譜中選擇與待測組分最相關(guān)的變量（波段），忽略無關(guān)或冗余信息，這一過程稱為變量選擇。4.診斷率(或Q值)解析思路：在定性分析中，常用診斷率（DiagnosticRatio,Q值）或其變種來評價(jià)模型區(qū)分不同類別的能力。5.無損解析思路：近紅外光譜分析無需破壞樣品結(jié)構(gòu)，可以保留樣品的原有狀態(tài)，屬于無損檢測技術(shù)。6.樣品制備方式樣品均勻性解析思路：樣品如何制備、是否均勻都會影響光譜信號，進(jìn)而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和模型的可靠性。7.濃度準(zhǔn)確解析思路：建立模型需要使用準(zhǔn)確測量的樣品濃度數(shù)據(jù)作為參考，數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響模型的預(yù)測能力。1.近紅外光譜區(qū)域包含許多與農(nóng)產(chǎn)品中含氫官能團(tuán)（如O-H,N-H,C-H）的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷相關(guān)的吸收峰。水分分子中的O-H鍵振動在近紅外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收峰（尤其是在1460-1530nm和1940-1944nm附近）。當(dāng)用近紅外光照射含水樣品時(shí)，水分吸收了特定波長的光，導(dǎo)致透射光或反射光強(qiáng)度減弱。通過測量光譜中這些特征吸收峰的強(qiáng)度（或吸收度），利用建立的定量模型，可以計(jì)算出樣品中的水分含量。2.近紅外光譜信號通常受到多種干擾，其原始光譜往往比較復(fù)雜，包含強(qiáng)吸收和弱吸收峰、散射效應(yīng)、噪聲等，直接使用原始光譜進(jìn)行建模效果不佳。光譜預(yù)處理的目的就是對原始光譜進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，消除或減弱干擾，突出有用信息，使光譜更符合建模要求。常用的預(yù)處理方法包括：平滑（如Savitzky-Golay濾波）用于消除高頻噪聲和尖銳峰；基線校正（如多元散射校正MSC、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)）用于消除散射影響和基線漂移；歸一化（如最大-最小歸一化、矢量歸一化）用于消除樣品量、光程等變化帶來的影響，使不同樣品的光譜具有可比性。3.近紅外光譜法可以快速無損地檢測多種水果品質(zhì)指標(biāo)。例如：①糖分含量（如可溶性固形物含量°Brix，總糖、還原糖）；原理是糖類分子在近紅外區(qū)域有特征吸收峰（如葡萄糖在2100nm附近）。②酸度（如總酸、可滴定酸）；原理是酸中的氫離子和羥基在近紅外區(qū)域有吸收。③水分含量；原理如前所述，水分有強(qiáng)的特征吸收峰。④成熟度；可以通過檢測糖酸比、淀粉含量（部分水果）、硬度等信息來綜合判斷。⑤硬度/Firmness；通過監(jiān)測與果膠、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)相關(guān)的光譜特征。⑥internalbrowning（內(nèi)部褐變）；可以通過特定波段的光譜變化來指示。檢測原理都是基于待測品質(zhì)組分在近紅外區(qū)域的特征吸收光譜，通過建立模型將光譜信號與品質(zhì)指標(biāo)濃度關(guān)聯(lián)起來。4.建立近紅外光譜定量分析模型的常規(guī)步驟通常包括：①樣品采集與制備：選擇具有代表性的樣品，按照統(tǒng)一方法制備成適合測量的形式（溶液、壓片、粉末等），確保樣品均勻性。②參考值測定：使用可靠的分析方法（如化學(xué)法、儀器法）精確測定每個(gè)樣品中待測組分的濃度，作為建模和驗(yàn)證的參考值。③儀器測量：使用近紅外光譜儀測量每個(gè)樣品的光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的預(yù)處理。④數(shù)據(jù)預(yù)處理：對原始光譜進(jìn)行平滑、基線校正、歸一化等操作，以改