反射光谱与透射光谱在人与动物血液判别的研究比较(附件)
全血样品的进出口检测是件非常重要的事情，一方面，需要禁止国内特有动物的全血制品出口，因为其出口会造成国家物种资源信息的流失;另一方面，全血制品的进口必须加以检验及控制，以避免不明外来物种的入侵，造成生态环境的破坏，在进出口检验检疫部门，对于全血制品这种特殊检测对象，常规基于流式细胞术的开放式检测方法有两个弊端，即接触式采样带来的全血样品污染以及全血制品可能携带的致病因子引起的人员感染风险，因此，急需非接触式的全血分类检测与鉴别方法。本论文采用可见-近红外光谱法结合化学计量学方法对人血进行判别，从信息获取，数据处理，校正模型算法和减小环境和自身性质变化的影响等关键环节系统的进行了理论和实验研究来提高模型的预测能力，并比较了反射与透射两种测量方式的判别结果，结果表明反射光谱法鉴别能力更佳。本研究为吸收光谱法在血液种属的非接触式鉴别的应用中提供重要的思路。关键词 非接触测量，吸收光谱法，血液种属鉴别，反射与透射光谱法
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2血液种属鉴别 1
1.2.1血液种属鉴别的定义 1
1.2.2血液种属鉴别的研究意义 1
1.3近红外光谱法 2
1.3.1近红外光谱法的定义 2
1.3.2近红外光谱法的测量方式 2
1.3.3近红外光谱法的优点 3
1.4近红外光谱法在人血鉴别中的研究进展 4
1.5选题目的与意义 6
2实验与材料 6
2.1光谱采集系统 7
2.2血液样本 8
2.3实验步骤 8
2.3.1 反射光谱采集 8
2.3.2 透射光谱采集 9
2.4分析方法 9
2.4.1光谱判别分析步骤 9
2.4.2 偏最小二乘判别分析 10
2.4.3建模效果的评估 11
3光谱数据处理与结果分析 13
3.1光谱预处理 13
3.2训练集与预测集 13
3.3反射光谱建模结果 13
3.3.1反射光谱图 14
3.3.2建立校正模型 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3.3 校正模型对训练集的预测结果 15
3.3.4校正模型对预测集的预测结果 15
3.4透射光谱建模结果 16
3.4.1 预处理后的透射光谱 16
3.4.2 校正模型对训练集的预测结果 17
3.4.3 校正模型对预测集的预测结果 17
3.5反射光谱与透射光谱建模结果对比 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1引言
全血样品的进出口检测是件非常重要的事情，一方面，需要禁止国内特有动物的全血制品出口，因为其出口会造成国家物种资源信息的流失;另一方面，全血制品的进口必须加以检验及控制，以避免不明外来物种的入侵，造成生态环境的破坏，在进出口检验检疫部门，对于全血制品这种特殊检测对象，常规基于流式细胞术的开放式检测方法有两个弊端，即接触式采样带来的全血样品污染以及全血制品可能携带的致病因子引起的人员感染风险。因此，急需非接触式的全血分类检测与鉴别方法。
1.2血液种属鉴别
1.2.1血液种属鉴别的定义
血液种属鉴别对于野生动物保护和海关进出口检验等都具有十分重要的意义。种属鉴别是法医学中不可或缺的重要组成内容[1]。血液种属鉴别涉及到各种血液样本的鉴别[2, 3]，为案件的侦查和审判提供可靠的科学证据。血液种属鉴别在打击非法走私和商业欺诈，解决民事纠纷，动物资源科学管理和保护等方面具有重要的作用。海关进出口检验是保障国家和人民安全的重要措施，人体血液按照规定不得携带离境[4]。因此，只有采用科学快速可靠的方法检测才能促进这些规定的实施。
1.2.2血液种属鉴别的研究意义
血液种属鉴别对于野生动物保护有重大价值。野生动物是在自然生态环境中自由成长而未经人类饲养驯化的动物。野生动物在经济、文化、社会中具有十分重要的价值，是世界上十分宝贵的自然资源[5]。近年来，由于人类的非法捕杀，很多动物就快灭绝 [6]，保护野生动物已经是一件非常重要的事情 [7]。所以，世界各国均已建立了保护野生动物的法律法规[8,9]。但是由于缺乏快速准确易于操作的动物鉴别方法，对动物特别是珍稀动物的保护仍存在很大的问题。
根据有关条例：进口人体血液、血浆、组织、器官、细胞、骨髓等，应当经过国务院卫生主管部门批准。《通知》中第一条规定：人体血液的采集、供应、加工生产和进出口均由卫生部统一归口管理；血液和血液制品的进出口没有卫生部的批件或证书，任何单位均不得经营，口岸药检所不得接受报验，海关不予放行。由于动物全血制品可以携带出境[10]，而人体血液不得以任何形式携带出境[11 ]，因此，人与常见常用动物血液样品种属的非接触快速判别对于海关根据法律的规定控制人体血液的出口显得尤为重要。
可见，血液种属鉴别分析对生命科学、法医学、野生动物保护、海关进出口检验等各个领域都有十分重要的意义。针对海关检测人体和动物全血样品对非接触式血液种属鉴别的研究的需求开展了本课题研究。同时，非接触测量且简便、快速、准确的血液种属检测方法的研究对于只能采用非接触式鉴别的应用具有十分重要的意义。
1.3近红外光谱法
1.3.1近红外光谱法的定义
近红外光谱(NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电磁波谱，波数约为：10000~4000 cm1。近红外光谱法是利用含有氢基团（XH，X为：C，O，N，S 等）化学键(XH)伸缩振动倍频和合频，在近红外区的吸收光谱，通过选择适当的化学计量学多元校正方法，把校正样品的近红外吸收光谱与其成分浓度或性质数据进行关联，建立校正样品吸收光谱与其成分浓度或性质之间的关系校正模型。在进行未知样品预测时，应用已建好的校正模型和未知样品的吸收光谱，就可定量预测其成分浓度或性质。另外，通过选择合适的化学计量学模式识别方法，也可分离提取样本的近红外吸收光谱特征信息，并建立相应的类模型。在进行未知样品的分类时，应用已建立的类模型和未知样品的吸收光谱，便可定性判别未知样品的归属。
1.3.2近红外光谱法的测量方式
（1）反射光谱采集
反射光谱是当一束宽谱光照射到被测物质上, 我们收集其反射的光到光谱仪中成为反射光谱。在实际测量中通常采用反射式光纤和反射白板进行采集或者是反射光纤与光源光束在同侧相隔一定距离进行采集。图11是采用反射式光纤的方式。
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图11 典型光谱测量系统示意图
（2）透射光谱采集
目 录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2血液种属鉴别 1
1.2.1血液种属鉴别的定义 1
1.2.2血液种属鉴别的研究意义 1
1.3近红外光谱法 2
1.3.1近红外光谱法的定义 2
1.3.2近红外光谱法的测量方式 2
1.3.3近红外光谱法的优点 3
1.4近红外光谱法在人血鉴别中的研究进展 4
1.5选题目的与意义 6
2实验与材料 6
2.1光谱采集系统 7
2.2血液样本 8
2.3实验步骤 8
2.3.1 反射光谱采集 8
2.3.2 透射光谱采集 9
2.4分析方法 9
2.4.1光谱判别分析步骤 9
2.4.2 偏最小二乘判别分析 10
2.4.3建模效果的评估 11
3光谱数据处理与结果分析 13
3.1光谱预处理 13
3.2训练集与预测集 13
3.3反射光谱建模结果 13
3.3.1反射光谱图 14
3.3.2建立校正模型 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3.3 校正模型对训练集的预测结果 15
3.3.4校正模型对预测集的预测结果 15
3.4透射光谱建模结果 16
3.4.1 预处理后的透射光谱 16
3.4.2 校正模型对训练集的预测结果 17
3.4.3 校正模型对预测集的预测结果 17
3.5反射光谱与透射光谱建模结果对比 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1引言
全血样品的进出口检测是件非常重要的事情，一方面，需要禁止国内特有动物的全血制品出口，因为其出口会造成国家物种资源信息的流失;另一方面，全血制品的进口必须加以检验及控制，以避免不明外来物种的入侵，造成生态环境的破坏，在进出口检验检疫部门，对于全血制品这种特殊检测对象，常规基于流式细胞术的开放式检测方法有两个弊端，即接触式采样带来的全血样品污染以及全血制品可能携带的致病因子引起的人员感染风险。因此，急需非接触式的全血分类检测与鉴别方法。
1.2血液种属鉴别
1.2.1血液种属鉴别的定义
血液种属鉴别对于野生动物保护和海关进出口检验等都具有十分重要的意义。种属鉴别是法医学中不可或缺的重要组成内容[1]。血液种属鉴别涉及到各种血液样本的鉴别[2, 3]，为案件的侦查和审判提供可靠的科学证据。血液种属鉴别在打击非法走私和商业欺诈，解决民事纠纷，动物资源科学管理和保护等方面具有重要的作用。海关进出口检验是保障国家和人民安全的重要措施，人体血液按照规定不得携带离境[4]。因此，只有采用科学快速可靠的方法检测才能促进这些规定的实施。
1.2.2血液种属鉴别的研究意义
血液种属鉴别对于野生动物保护有重大价值。野生动物是在自然生态环境中自由成长而未经人类饲养驯化的动物。野生动物在经济、文化、社会中具有十分重要的价值，是世界上十分宝贵的自然资源[5]。近年来，由于人类的非法捕杀，很多动物就快灭绝 [6]，保护野生动物已经是一件非常重要的事情 [7]。所以，世界各国均已建立了保护野生动物的法律法规[8,9]。但是由于缺乏快速准确易于操作的动物鉴别方法，对动物特别是珍稀动物的保护仍存在很大的问题。
根据有关条例：进口人体血液、血浆、组织、器官、细胞、骨髓等，应当经过国务院卫生主管部门批准。《通知》中第一条规定：人体血液的采集、供应、加工生产和进出口均由卫生部统一归口管理；血液和血液制品的进出口没有卫生部的批件或证书，任何单位均不得经营，口岸药检所不得接受报验，海关不予放行。由于动物全血制品可以携带出境[10]，而人体血液不得以任何形式携带出境[11 ]，因此，人与常见常用动物血液样品种属的非接触快速判别对于海关根据法律的规定控制人体血液的出口显得尤为重要。
可见，血液种属鉴别分析对生命科学、法医学、野生动物保护、海关进出口检验等各个领域都有十分重要的意义。针对海关检测人体和动物全血样品对非接触式血液种属鉴别的研究的需求开展了本课题研究。同时，非接触测量且简便、快速、准确的血液种属检测方法的研究对于只能采用非接触式鉴别的应用具有十分重要的意义。
1.3近红外光谱法
1.3.1近红外光谱法的定义
近红外光谱(NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电磁波谱，波数约为：10000~4000 cm1。近红外光谱法是利用含有氢基团（XH，X为：C，O，N，S 等）化学键(XH)伸缩振动倍频和合频，在近红外区的吸收光谱，通过选择适当的化学计量学多元校正方法，把校正样品的近红外吸收光谱与其成分浓度或性质数据进行关联，建立校正样品吸收光谱与其成分浓度或性质之间的关系校正模型。在进行未知样品预测时，应用已建好的校正模型和未知样品的吸收光谱，就可定量预测其成分浓度或性质。另外，通过选择合适的化学计量学模式识别方法，也可分离提取样本的近红外吸收光谱特征信息，并建立相应的类模型。在进行未知样品的分类时，应用已建立的类模型和未知样品的吸收光谱，便可定性判别未知样品的归属。
1.3.2近红外光谱法的测量方式
（1）反射光谱采集
反射光谱是当一束宽谱光照射到被测物质上, 我们收集其反射的光到光谱仪中成为反射光谱。在实际测量中通常采用反射式光纤和反射白板进行采集或者是反射光纤与光源光束在同侧相隔一定距离进行采集。图11是采用反射式光纤的方式。
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图11 典型光谱测量系统示意图
（2）透射光谱采集
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