激光诱导击穿光谱的油茶炭疽病检测

摘要

油茶产业具有良好的经济和生态效益,深受国家重视.目前,炭疽病侵害油茶树日益加重,严重地降低了产量,导致油茶产业的效益直接受损.所以找到一种快速、准确、方便的油茶炭疽病检测方法是非常必要的.激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种低成本、微损伤、无残留的技术,能够对多种成分快速实时检测.采用LIBS结合化学计量学方法对油茶炭疽病的定性检测方法进行研究.实验样品采摘于油茶种植区,分别采集了100片健康油茶叶片和100片感染炭疽病的油茶叶片.将采集的叶片进行微处理,即首先进行反复冲洗去除叶片表面污渍,然后进行分类、装袋和标号,最后进行LIBS光谱采集实验.实验设备为海洋光学的MX2500+,LIBS实验参数设置为激光能量50 mJ,最优延迟时间2μs,每个叶片采集6条光谱数据,并求其平均.在油茶叶片LIBS光谱的波长251.432 nm处观察到Si的特征峰、分别在252.285,259.837和385.991 nm处观察到Fe的特征峰、分别在260.568,279.482和280.108 nm处观察到M n的特征峰.实验结果:油茶叶片中的微量元素Si,Fe,Mn的LIBS信号与油茶叶片的健康程度有直接关系,健康油茶叶片中Si,Fe和Mn的特征峰强度明显高于感染炭疽病的油茶叶片中Si,Fe和Mn的特征峰强度;此外,利用LIBS技术结合MSC光谱预处理和PCA分类法,对油茶叶片的健康和感染炭疽病的两个状态进行分类处理.PC1,PC2和PC3的贡献率分别为80％,12％ 和6％,建立三维模型分类,可以清晰地将油茶叶片的两种状态区分出来.同时,还利用PLS-DA建立模型,模型的识别率高达90％ 以上,可以对油茶叶片两种类别进行较好的分类.以上两种化学计量方法都可以区分油茶叶片的健康和染病两种状态.研究表明了利用LIBS技术检测油茶炭疽病是可行的.可以利用LIBS技术对油茶叶片的微量元素和营养元素进行定量检测,为定量检测提供了参考.提出了一种快速检测油茶炭疽病的新方法.

关键词