طیف سنج مادون قرمز نزدیک NIRS)) روشی است که به عنوان یک جایگزین برای روش های تجزیه قدیمی اندازه گیری ارزش غذایی علوفه استفاده می شود. هدف از این مطالعه، بررسی امکان ارزیابی سریع عناصر غذایی پرمصرف (کلسیم، منیزیم، فسفر، سدیم و پتاسیم) به کمک تکنولوژی مادون قرمز نزدیک و ارزیابی معادلات مربوطه است. در ابتدا عناصر مربوط به 300 نمونه گیاهی فورب در آزمایشگاه اندازه گیری و در مرحله بعد نمونه های گیاهی آسیاب شده با دستگاه NIR اسکن شدند. برای ایجاد معادلات رگرسیون از نرم افزار Unscrambler استفاده شد و از روش Partial least squares type1، بهترین معادله کالیبراسیونی برای هر عنصر با توجه به ضریب تعیین و اشتباه معیار کالیبراسیون به دست آمد. نتایج نشان داد که معادلات پتاسیم (X99/0 =Y) با 99/0 =R2 و 004/0 =SEC و کلسیم (X84/0+06/2 =Y) با 84/0 =R2 و 22/2 =SEC از صحت کافی برخوردار هستند و معادله مربوط به عنصر فسفر (X87/0+26/0 =Y) با 87/0 =R2 و 31/0 =SEC نیز می توانند برای تخمین داده های خام با دستگاه NIR به کار برده شود. در بهترین حالت، معادله به دست آمده برای عنصر منیزیم (X69/0+6/1 =Y) دارای 69/0 =R2 و 60/1 =SEC و برای سدیم (X85/0+85/0=Y) دارای 84/0 =R2 و 91/0 =SEC بود که به نظر می رسد نمی توانند دقت قابل قبولی داشته باشند.

میوه انار یکی از محصولات باغی مهم در ایران است که علاوه بر ارزش بالای اقتصادی-تجاری از فواید غذایی فراوانی برخوردار است. به دلیل عدم توسعه مناسب صنعت فرآوری این محصول، کارخانه­ها از روش­های کاملاً سنتی و محدود در سنجش کیفیت انار استفاده می­کنند که باعث کاهش مرغوبیت کالای تولیدی می­شود. در این پژوهش استفاده از فناوری غیر­مخرب طیف­سنجی مرئی-مادون قرمز نزدیک برای تعیین حجم آب میوه انار که از ویژگی­های اساسی کیفیت این محصول است مورد بررسی قرار گرفت. داده­های طیفی نمونه­ها حاصل از اعمال امواج در دامنه 400 تا 2500 نانومتر علاوه بر ارزیابی در حالت ­پردازش نشده، به پنج روش تصحیح پراکندگی ضربی، متغیر نرمال استاندارد (SNV)، نرمال­سازی بردار، مشتق اول و دوم پیش­پردازش شدند و مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس به منظور تخمین حجم آب از رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) استفاده شد. پیاده­سازی این فرآیند­ها در قالب الگوریتم­های یادگیری ماشین و با استفاده از نرم افزار PYTHON 3.8  صورت گرفت. برای ایجاد مدل­ها، تعداد مولفه­های اصلی مرتبط با ویژگی­های استخراج شده از امضای طیفی به تعداد 36، کمترین خطا را (61/18) حاصل نمود. نتایج نشان داد که این روش با ضریب تبیین 94 درصد، میانگین خطای مطلق 3/5 و ضریب توافق 98/0 مقدار آب میوه انار را تخمین زد. این نتیجه از ترکیب پیش­پردازش SNV با رگرسیون PLSR  در بازه 400 تا 2500 نانومتر حاصل شد. علیرغم تاثیر نوع پیش­پردازش داده­ها در تخمین میزان آب انار، طیف­سنجی مرئی-مادون قرمز نزدیک شرایط لازم برای تخمین آب انار را دارا هست.

طیف سنجی مرئی-مادون قرمز نزدیک به عنوان روشی غیر مخرب، سریع، ارزان، دارای حداقل آماده سازی نمونه ها و بدون آسیب به زیست بوم می تواند جایگزین روش های مرسوم آزمایشگاهی شود. هدف از این پژوهش ارزیابی طیف سنجی انعکاسی در برآورد برخی ویژگی های خاک های دشت های کشاورزی قروه و دهگلان در استان کردستان بود. بدین منظور تعداد 120 نمونه خاک از منطقه مورد مطالعه جمع آوری و ویژگی های مبنایی آن ها در آزمایشگاه با روش های استاندارد اندازه گیری شد. آنالیز طیفی خاک ها با استفاده از دستگاه طیف سنجی زمینی با طول موج 2500- 350 نانومتر انجام شد. پس از ثبت طیف ها انواع روش های پیش پردازش مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس از رگرسیون خطی چند گانه گام به گام، برای پیش بینی پارامترهای مورد مطالعه استفاده گردید. با توجه به آماره RPD، بهترین تخمین توابع رگرسیونی پیشنهادی برای ظرفیت تبادل کاتیونی (2.02) و تخمین هایی قابل قبول برای رس (1.70)، سیلت (1.59)، شن (1.80)، جرم ویژه ظاهری (1.53) و حقیقی (1.55)، میانگین قطر ذرات (1.52) و انحراف معیار هندسی قطر ذرات خاک (1.66)، کربن آلی (1.74) و کربنات کلسیم معادل (1.49) به دست آمد.

آگاهی از بافت به دلیل تأثیر مستقیم آن بر دیگر ویژگی های خاک برای مطالعات کشاورزی، منابع طبیعی، هیدرولوژی و غیره از اهمیت زیادی برخوردار است. تعیین بافت خاک در پهنه های گسترده مستلزم صرف وقت و هزینه های زیاد است. به همین دلیل، پژوهشگران به دنبال راه هایی برای تعیین این ویژگی مهم خاک در مقیاس های وسیع هستند. یکی از این روش ها، استفاده از بازتاب طیفی خاک سطحی است. در این روش، انتخاب روش واسنجی، دقت اندازه گیری ویژگی های خاک را به شدت از خود متأثر می سازد. در این پژوهش، عملکرد دو روش رگرسیونی کمینه مربعات جزئی (PLSR) و رگرسیون مؤلفه های اصلی (PCR) برای شناسایی روش مناسب برای ارزیابی شن، سیلت و رس خاک مقایسه شد. به همین منظور، 50 نمونه خاک از استان تهران گردآوری و به عنوان مجموعه داده برای روش واسنجی و اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفت. نمونه ها با پنج سطح رطوبتی صفر، پنج، 10، 15 و 20 درصد وزنی و با استفاده از اسپکترورادیومتر زمینی با محدوده اندازه گیری 2500-350 نانومتر اسکن شدند. طیف ها نیز با استفاده از سه روش پیش پردازش SG، FD-SG و Normal+SG تصحیح شد. نتایج ضریب تبیین (R2) حاصل از ارزیابی متقابل نشان داد که مدل PLSR عملکردی بهتر از PCR دارد. روش پیش پردازش Normal+ SG برای بافت لوم رسی و روش SG برای بافت لوم رس شنی برآورد بهتری از خصوصیات مورد اندازه گیری نشان داد. مقدار R2 برای رس 0. 74، 0. 81، 0. 97 و 0. 87 به ترتیب در رطوبت های صفر، پنج، 15 و 20 درصد در بافت لوم رسی و 0. 95 و 0. 61 در سطوح صفر و پنج درصد در بافت لوم رس شنی به دست آمد. سیلت با مقدار R2 0. 67 در رطوبت پنج درصد در بافت لوم رسی و 0. 97 در رطوبت 20 درصد در بافت لوم رس شنی برآورد بهتری داشت. شن نیز با R2 برابر با 0. 86 و 0. 72 به ترتیب در رطوبت های پنج و 10 درصد در بافت لوم رسی برآورد شد.

اهداف: هدف این مطالعه بررسی امکان تشخیص آلودگی سرم انسانی به HIV-1 و تمایز سرمهای آلوده از سالم با استفاده از طیف سنجی نزدیک مادون قرمز همراه با روش آنالیز چند متغیره ماشین بردار پشتیبان به عنوان روش سریع، ارزان و غیر مخرب بود. مواد و روش ها: 35 نمونه سرم آلوده به HIV-1 و 15 نمونه سرم غیر آلوده انتخاب و در بازه 1100-600 نانومتر، توسط دستگاه اسپکتروفتومتر اسکن شدند و جذب آنها به دست آمد. نتایج حاصل برای انجام مرحله آموزش و کالیبراسیون به ماشین بردار پشتیبان ارایه شد. پس از تعیین ساختار آموزشSVM ، مقادیر جذب حاصل از اسکن 21 نمونه سرم آلوده به HIV-1 و 20 نمونه سرم غیر آلوده در بازه همان طول موج به عنوان نمونه های مجهول برای آزمایش و تشخیص آلودگی یا عدم آلودگی به ماشین بردار پشتیبان اراده شد. یافته ها: از 21 نمونه آلوده مجهول، 2 نمونه غیر آلوده و بقیه آلوده تشخیص داده شدند و از 20 نمونه غیر آلوده مجهول، تنها 1 نمونه توسط ماشین بردار پشتیبان آلوده تشخیص داده شد. حساسیت این روش %91 و اختصاصیت آن %95 برآورد شد. نتیجه گیری. طیف سنجی نزدیک مادون قرمز همراه با ماشین بردار پشتیبان می تواند به عنوان روش پیش تشخیص آلودگی سرم انسان به HIV-1 به کار رود.

مطالعه حاضر با هدف برآورد درصد ذرات خاک با استفاده از روش طیف سنجی مرئی و مادون قرمز نزدیک در منطقه سمیرم استان اصفهان انجام بود. تعداد 200 نمونه خاک سطحی (10 سانتی متری) از منطقه سمیرم اصفهان (طول جغرافیایی΄ 17 ˚ 51 تا΄3˚ 52 شرقی وعرض جغرافیایی΄ 42 ˚30 تا ΄51˚ 31 شمالی) جمع آوری گردید. نمونه ها هواخشک شدند و از الک دو میلی متری عبور داده شدند و درصد ذرات خاک در آزمایشگاه با روش هیدرومتری تعیین شد. همچنین طیف سنجی نمونه های خاک با استفاده از دستگاه طیف سنج زمینی انجام گرفت. سپس روش های پیش پردازش مشتق اول با فیلتر ساویتزکی گلای، تصحیح پخشیده چندگانه و متغیر نرمال استاندارد بر روی طیف ها انجام شدند. برای برقراری ارتباط بین درصد ذرات خاک با ویژگی های طیفی آن از مدل های رگرسیون حداقل مربعات جزئی، ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی استفاده گردید. بهترین نتیجه برای برآورد سیلت با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی با روش پیش پردازش تصحیح پخشیده چندگانه با RPD (نسبت انحراف معیار به RMSE) بیشتر از 2، 98/0=R2 و کمترین مقدار g/Kg 08/1=RMSE به دست آمد. نتایج مطلوبی نیز برای مدل شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب با روش های پیش پردازش تصحیح پخشیده چندگانه و متغیر نرمال استاندارد برای مقادیر رس (RPD بیشتر از 2، 94/0=R2 و کمترین مقدار  g/Kg 21/1=RMSE-) و شن (انحراف پیش بینی باقی مانده بیشتر از 2، 84/0=R2 و کمترین مقدار g/Kg08/1=RMSE) به دست آمد. به طور کلی، براساس نتایج این مطالعه، طیف سنجی مرئی مادون قرمز نزدیک در برآورد درصد ذرات خاک موفق بوده است و قابلیت جانشینی با روش های آزمایشگاهی را دارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

اندازه گیری ویژگی های خاک در یک مقیاس وسیع به دلیل حجم بالای نمونه برداری و تجزیه های آزمایشگاهی، زمان بر و گران است. بنابراین استفاده از روش های ساده، سریع، ارزان و پیشرفته مانند طیف سنجی خاک می تواند مفید باشد. این مطالعه با هدف بررسی کارایی روش طیف سنجی در پیش بینی برخی از ویژگی های خاک در منطقه سمیرم استان اصفهان انجام شد. به این منظور تعداد200 نمونه خاک سطحی (10 سانتی متری) جمع آوری گردید. مقادیر کربن آلی، pH، EC وکربنات کلسیم معادل در آزمایشگاه اندازه گیری شدند. همچنین، طیف سنجی نمونه های خاک با استفاده از دستگاه طیف سنج زمینی FieldSpec3 درمحدوده طول موج 350 تا 2500 نانومتر انجام گرفت. سپس روش های پیش پردازش مشتق اول و مشتق دوم با فیلتر ساویتزکی گلای و متغیر نرمال استاندارد بر روی طیف ها انجام شدند. برای برقراری ارتباط بین ویژگی های خاک با ویژگی های طیفی آن از مدل های حداقل مربعات جزیی (PLSR)، رگرسیون مولفه اصلی (PCR)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و رگرسیون ماشین بردار پشتیبان (SVMR) استفاده گردید. بهترین مدل در برآورد هدایت الکتریکی خاک، کربنات کلسیم و کربن آلی مدل PLSR و برای واکنش خاک مدل SVMR و بهترین روش های پیش پردازش، روش های مشتق گیری بودند که ضرایب تبیین آن ها به ترتیب 94/0، 88/0، 9/0 و 79/0 بودند و تمام برآوردها، کمترین RMSE را نسبت به روش های دیگر و 2 RPD> داشتند. به طور کلی نتایج این مطالعه بر قابلیت روش طیف سنجی مریی مادون قرمز نزدیک در برآورد مکانی چندین ویژگی خاک به صورت همزمان، دلالت دارد. بنابراین، این روش می تواند به عنوان روشی جایگزین برای روش های مرسوم آزمایشگاهی در تعیین ویژگی های خاک مورد استفاده قرار گیرد.