使用FT-NIR通过塑料和纸亚博网站下载包装验证原材料

购买原材料时，重要的是要确认出于经济，质亚博网站下载量和监管原因已收到正确的材料。通常，这些原材料是食品或药物成分亚博网站下载的示例，它们是包装中运输的，这些原材料是可以打开的塑料或纸张，因此可以使用分析技术（例如测定法或红外光谱法）进行验证测试。

但是，打开材料包装有一些缺点：

• 降低清洁度和不育- 打开原材料包装后，必须提取样品或必须使用材料进行采样探针。这设置了将样品污染的化学或生物污染物的可能性。此外，如果在几种产品上使用了相同的探测器，则跨抗原原材料的风险会增加。亚博网站下载
• 变质增加- 一些原材料被真空包亚博网站下载装。它们不受氧气，湿度或紫外线的遮蔽。打开包装时，这些元素的暴露可能会降低保质期或以导致下游过程失败的方式降低材料。
• 威胁人事安全- 在某些情况下，传入的材料可能会对打开包裹并进行分析的接收亚博网站下载或实验室人员构成危险。可能需要采取其他个人保护措施，例如手套和呼吸器，增加成本和风险。

当今存在的一些技术允许通过包装对原材料进行采样。亚博网站下载举个例子，有时可以通过半透明的包装对专门的拉曼光谱技术进行采样。但是，拉曼光谱法患有荧光干扰，倾向于具有小的采样区域，可以燃烧样品或包装，有时很难用作定量技术，因此很难用于许多应用。

近红外光谱法具有包装和容器采样的承诺，因为它可以将几毫米经过几毫米，从而使包装材料的特性和所看到的样品的特性。

图1显示了此问题的示例。带有各种常见的糖葡萄糖（蓝色），一组标准的6米聚乙烯袋（绿色），以及在聚乙烯袋（洋红色）内显示右旋糖的光谱，从袋中取。通过比较光谱，可以清楚地表明，可以通过袋子看到葡萄糖特征的吸收。

图1。葡萄糖（蓝色），6米聚乙烯袋（绿色）和右旋糖的FT-NIR光谱在6米的聚乙烯袋中（洋红色）

因此，使用近红外光谱法的主要测试是摆脱总吸收光谱中包装的贡献。基本的去除技术，例如光谱减法，可能能够在非常受控的情况下工作。但是，它们的精致不足以应对包装，包装添加剂以及包装和基础原材料的其他变化的可变厚度。亚博网站下载由于它们是主观的，并且需要一定程度的运营商专业知识。

由于某些近红外光谱仪没有有效解决包装和基础材料的吸光度峰的性能，因此可以使这个问题成为问题。例如，在5920厘米处的葡萄糖中的C-H泛音带^-1只有大约10厘米^-1（5 nm）宽，超出了许多近红外仪器的分辨率。

然而，当现代傅立叶变换近红外（FT-NIR）时，Galaxy Scientific的Quasir™系列，与新颖的化学公制技术相结合，例如Galaxy Scientific的Advanced-ID算法，可以通过包装对材料进行分类。亚博网站下载为了说明该技术的现实有效性，建立了一个实验，以评估各种包装形式的原材料。亚博网站下载

实验方法

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从当地来源获得了三个基本样品，以代表传入的原材料：乳糖 - 牛奶中存在的糖；亚博网站下载葡萄糖 - 葡萄糖的天然形式；和阿斯巴甜 - 人造甜味剂。这些样品是精炼的，白色的粉末几乎与肉眼相同。

图2。用于实验的容器。

为了代表常见的包装，使用了六个不同的容器：

• 两个（2）不同的透明的6米聚乙烯袋
• 一个（1）绿色6米静态耗散聚乙烯袋，
• 一（1）白色不透明的4米聚乙烯袋
• 一（1）白纸安全信封与蓝色染​​料
• 一（1）马尼拉信封

样品测量

使用A聚集了FT-NIR光谱Quasir™2000光谱仪（Galaxy Scientific，NASHUA，NH，USA）设置了弥漫性反射率光纤探针。使用多功能探针支架将弥散反射探针向上固定，并将样品放在探针尖端的顶部以进行测量。每个样品在4厘米处测量^-1平均分辨率和32张扫描。在每种原材料中进行了三个测量，没有原材料的包装以及带有原材料的包装。在每个测量之间的探针上移动样品。

图3。散射反射率探针（在看台上），样品在聚乙烯袋中

数据处理

对于数据收集，使用了Spectral Sage™软件，用于分析，使用了Advanced-ID算法和软件。纯包装光谱都包括在研究中。光谱范围限制为4100-6800厘米^-1因为那是大多数光谱差异存在的区域。

为了比较，还进行了标准相关性。与包装和纯原材料光谱之间的原材料之间计算了相关性。标准相关的光谱范围也设置为4100-6800 cm^-1。这两种分析使用的纯原材料光谱如图4所示，纯包装材料的光谱如图5所示。

图4。每种原材料的三个光谱：乳糖一水合物（绿色），葡萄糖（蓝色）和阿斯巴甜（红色）

图5。纯包装材料的光谱

结果和讨论

通过包装收集近红外材料光谱可能是一项挑战，因为该包装通常可以为所得的吸收光谱做出很大贡献。亚博网站下载这样做的主要原因有两个。首先，许多用于包装的材料是由塑料亚博网站下载或纸制成的，它们在近红外具有明显的吸收带。例如，聚乙烯在5500-6250 cm左右的C-H拉伸泛音区中具有强吸收带^-1（1600-1800 nm）。

其次，包装的分布属性及其背后的材料，以及光线必须两次穿过包装才能返回光学探针的事实，意味着与包装的有用路径相比背后的材料。

图6证明了这一困难。绿色光谱显示了马尼拉信封的采样阿斯巴甜的结果。频谱看起来几乎与洋红色中显示的光谱相匹配，这是纯马尼拉信封的光谱。几乎不可能通过眼睛区分具有蓝色的光谱中存在的阿斯巴甜。当使用简单的相关算法或其他常见的光谱匹配技术来比较样品光谱与纯材料光谱时，结果显然很差。

图6。与马尼拉信封（Magenta）的光谱相比，纯净的阿斯巴甜（蓝色）的光谱和通过马尼拉信封（蓝色）采样。几乎不可能通过眼睛的包装来区分阿斯巴甜。

为了解决这个问题，Galaxy Scientific的高级ID算法首先使最小二乘回归由包装和潜在的原材料组成，以便可以近似样品频谱。亚博网站下载之后，通过计算将原材料频谱回归系数计算出的残差来形成提取的光谱。接下来，提取的光谱用于与潜在原材料的清单相匹配。亚博网站下载

图7继续通过马尼拉包膜进行采样的示例，显示了高级ID算法产生的提取光谱（蓝色）。提取的光谱可以轻松地测量到查询中材料的纯光谱。在图7中，将提取的光谱（蓝色）与两种可能的原材料进行了比较：阿斯巴甜（红色）和葡萄糖（洋红色）。亚博网站下载即使使用眼睛，也可以看出，提取的光谱与阿斯巴甜匹配。

图7。可以将示例从阿斯巴甜中提取的频谱通过高级ID产生的马尼拉信封（蓝色）与纯的阿斯巴甜（红色）和葡萄糖（洋红色）进行比较。

为了将晚期ID算法的效率与常规方法进行比较，对每个收集的样品进行了处理，并将其与简单的相关性（也称为HQI或HIT质量指数）进行了比较。表1使用简单的相关性，与顶部匹配的相关系数，高级ID方法的顶部匹配以及提取的频谱与顶部匹配的相关系数列出了最高匹配结果。如果匹配是错误的，则细胞为红色，如果匹配正确，但相关值低于0.9，则呈黄色，如果匹配正确并且具有较高的相关系数，则绿色。简而言之，表中只显示了三个样本中的一个样本。其他两个样本的相关结果非常紧密。

如表1所示，传统的相关方法在18个样本中只有10个可以正确匹配。此外，其中四个样品的相关系数低于0.9，通常表明匹配差。

表格1。比较简单相关性与先进ID方法的结果，其中提取的光谱（封装后）与纯材料光谱相关。

高级ID技术在18次中产生了18次准确的比赛，并且每场比赛的相关系数高于0.98。这表明与纯光谱的匹配非常好。从表1中可以明显看出，高级ID可以有效地从包装材料中取出目标频谱，并对结果充满信心地提供正确的匹配。

相反，由于包装和乳糖光谱之间的相似之处，简单的相关算法在包装存在的情况下做得不好，并定期生成“乳糖”作为最高匹配。如果包装材料的光谱已包含在相关算法相比的可能的原材料光谱列表中，则包装材料将是最佳匹配。

由于包装频谱是从原始样品谱中减去的，因此简单相关方法的结果可能会略有改进，但是它需要有关存在哪种包装材料的高级信息。即使那样，由于包装厚度和其他不一致之处的差异，它的效率仍然比Advanced-ID差得多。如前所述，手动减法也是主观的，主要取决于操作员的技能。

为了实现最小二乘的回归并产生提取的光谱，应注意，先进的ID需要包装的光谱才能获得。尽管如此，包装并不需要与样品所使用的包装完全相同。为了证明这一点，潜在包装材料的库中不包括“ PE Bag 2”样品中使用的包装材料。亚博网站下载由于其他包装材料是由聚乙烯制成的，因此尽管材料组成或亚博网站下载厚度有所不同，它们还是能将其放入样品谱并将其取出。

这组数据的相关系数仅比“透明的PE袋”数据集中的相关系数低一些，其中包装库中包含包装光谱。调查仍然很好，因为最小二乘拟合允许包装光谱的变化，从而弥补了包装厚度或材料微妙差异的变化。这解释说，只需要一个相对较小的包装光谱库才能使算法运行良好。

另一个至关重要的一点是，该实验中使用的所有包装材料都包含在包装库中，以进行每个分析。亚博网站下载不需要先验了解样品所包含的位置。该算法适合每个可能的包装光谱，并提供更高的回归系数（例如数学权重），即与样品光谱密切匹配的系数。这使该方法非常易于使用，即使包装在不同的原材料或原材料供应商之间有所不同。亚博网站下载

最后，重要的是要了解提取光谱上使用的匹配算法是一个简单的相关性。就像更复杂的匹配方法一样，使用衍生物可以改善简单的相关结果，可以将相同的技术应用于从高级ID产生的提取的频谱上。

举个例子，可以通过对提取的光谱进行预处理，将提取光谱馈入SIMCA或聚类分析，或使用其他根据噪声带或其他因素加权光谱区域加权光谱区域的统计方法来改善结果。

结论

通过使用亚博网站下载Galaxy Scientific的Advanced-ID算法和The The The，可以通过常见的包装类型（例如聚乙烯和纸张）知道原材料Quasir系列FT-NIR。这种方法可显着提高使用近红外光谱法验证原材料的能力。亚博网站下载

图8。Galaxy Scientific的Quasir™2000与人体工程学触发概率

该信息已从Galaxy Scientific Inc.提供的材料中采购，审查和改编。亚博网站下载

有关此消息来源的更多信息，请访问Galaxy Scientific Inc.