基于水分子结构变化的不同温度下细菌浓度的检测

摘要：

为探究样本温度、细菌浓度对水分子结构的改变从而明确细菌浓度检测的机理,以金黄色葡萄球菌悬浊液样本为例在水的特征吸收波段(1334～1539 nm)对不同温度下不同浓度细菌进行表征和检测.首先,通过对比不同预处理方法,得到最佳预处理方法,然后利用多级成分分析分别建立一级模型(温度与光谱的关系模型)和二级模型(细菌浓度与光谱的关系模型).结果表明,Savitzky-Golay卷积平滑结合连续小波变换的预处理方法最优.一级模型可以精确表征样本温度,其校正相关系数(correlation coefficient,RC)和校正均方根误差(root mean square error,RMSEC)分别为0.997和0.37℃.对温度贡献较大的波长对应水溶剂化层OH-(H2 O)1,4和超氧化物O2-(H2 O)4、游离水和游离OH-(S0)及具有1个氢键的水分子(S1),该模型预测相关系数RP和预测均方根误差RMSEP分别为0.997和0.37℃.二级模型可以较好表征样本浓度,其校正相关系数RC和校正均方根误差RMSEC分别为0.887和0.891 log CFU/mL.对细菌浓度贡献最大的波长对应H2 O非对称伸缩振动V3,具有1个氢键的水分子(S1)、具有3个氢键的水分子(S3)及具有4个氢键的水分子(S4),预测相关系数RP和预测均方根误差RMSEP分别为0.869和0.858 log CFU/mL.本研究所建模型均具有较好的检测精度和适应性,表明水的结构特性对细菌悬浊液温度、细菌浓度检测起重要作用.

关键词：样本温度、细菌浓度、水分子结构、检测机理、近红外光谱、模型预测、多级同时成分分析(MSCA)

所属期刊栏目：39

分类号：TS201.3;O657.33(食品工业)

资助基金：国家自然科学基金项目61705074

在线出版日期：2020-06-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：120-126