一种中药红花的农残快速检测方法及系统与流程

本发明涉及光谱检测技术、领域，具体涉及一种中药红花的农残快速检测方法及系统。

背景技术：

1、红花是常见中药类农产品，属于菊科红花属植物，具有活血通经、祛瘀止痛的功效，主要活性成分为黄酮类物质。由于其药用价值较高，为了提高红花产量而导致滥用或不合理使用农药的药物残留问题层出不穷，直接影响食品安全和危害人体健康。

2、建立快速、灵敏的农药残留检测技术能够有效保障农产品安全，主要包括光谱仪器检测技术、酶抑制法和免疫分析法等，其中光谱仪器检测能够利用特定波长的光谱来定性或定量分析农药残留的含量，测定速度快且前处理要求低，但其需要检测时间较长且对检测灵敏度要求高，不适合现场进行快速分析检测，难以应付现有农业生产经营分散、小、乱的广泛需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有方法的局限，本发明的目的在于提供一种中药红花的农残快速检测方法及系统，从而满足便携式光谱农残检测仪器对现场快速分析检测的需求，且提高环境鲁棒性达到检测精度要求的目的。

2、为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种中药红花的农残快速检测方法，所述方法包括以下步骤：

3、s100，对无残留红花和农残红花分别随机抽样，获得相同量的对照红花样本集和待测红花样本集；

4、s200，采集所述对照红花样本集和待测红花样本集的各个光谱数据，获得对照光谱序列和农残光谱序列；

5、s300，确定待测的目标农药类型，采集不同浓度的农药标准品的各个光谱数据，获得标准光谱序列；

6、s400，将对照光谱序列和农残光谱序列进行农药残留分析，获取农残差值矩阵；

7、s500，结合所述对照光谱序列，根据所述农残差值矩阵计算所述待测红花样本集的农残定性系数，并计算对应的农残超标指数；

8、s600，建立所述标准光谱序列与所述农残定性系数的农残量化模型，判断所述农残定性系数是否大于等于所述农残超标指数，是则标记所述待测红花样本集为农残不达标，并根据所述农残量化模型获得对应的农残浓度估计量；否则标记所述待测红花样本集为农残达标。

9、进一步地，在s400中，将对照光谱序列和农残光谱序列进行农药残留分析，获取农残差值矩阵的方法为：对所述对照光谱序列和农残光谱序列依次进行数据归一化、奇异值去除处理后，分别计算所述对照光谱序列和农残光谱序列之间在各个序号(即，不同浓度)对应的光谱数据的各个光谱值(利用显微光谱采集的光谱二维图像，以像素为坐标构成光谱数据，对应各个坐标下的像素值即为各个光谱值)进行差值计算，以横向像素坐标的x值为农残差值矩阵的行数，纵向像素坐标y值为农残差值矩阵的列数，构成所述农残差值矩阵。

10、进一步地，在s500中，结合所述对照光谱序列，根据所述农残差值矩阵计算所述待测红花样本集的农残定性系数，并计算对应的农残超标指数的方法为：

11、s501，计算农残差值矩阵中所有元素对应数值的算术平均数，将所有元素对应数值大于或等于算术平均数的元素标记为第一位点差值；计算农残差值矩阵中所有元素对应数值的中位数，标记中位数对应的元素为第二位点差值；计算所有第一位点差值与第二位点差值之间的欧几里得距离，将对应欧几里得距离最大的第一位点差值标记为第一聚积位点；

12、s502，计算第一聚积位点与其他所有第一位点差值之间的欧几里得距离和对应元素的差值平均值的乘积取绝对值记作残留系数，将对应残留系数最大的第一位点差值标记为第二聚积位点；将第一聚积位点与第二聚积位点相连的连接线标记为最大残留边界线，计算第二位点差值到最大残留边界线的距离记作富集半径，将以第二位点差值为圆心，富集半径为半径作圆获得的圆形区域内计算并查找与第二位点差值之间的残留系数最大的第一位点差值，将该第一位点差值标记为第三聚积位点；其中求两个元素之间的残留系数的计算方法为两个元素对应像素坐标之间的欧几里得距离与两个元素对应的差值平均值作乘积并取其绝对值得到残留系数；

13、s503，采用边缘跟踪算法获得连接第一聚积位点、第二聚积位点和第三聚积位点之间的聚积临界线，将农残差值矩阵中在聚积临界线内的所有元素标记为农残富集点；对应聚积临界线构成的闭合区域记为农残富集区域；

14、s504，将农残差值矩阵中所有农残富集点分别按像素坐标(x,y)的横向坐标x和纵向坐标y的大小依次排序，设所述农残富集点的序号为p，p∈[1,num]，num为所述农残富集点的总个数；第p个农残富集点对应的数值记作enrich(p)，计算所有农残富集点对应的农残区域阈值记作value1，其去量纲化计算公式为：

15、

16、其中，enrich(p)为第p个农残富集点对应在农残差值矩阵中的数值，enrich(p-1)为第p-1个农残富集点对应在农残差值矩阵中的数值，mean_en为农残差值矩阵中所有农残富集点对应的数值均值；scale_en为所述农残差值矩阵中农残富集区域所占的像素点个数的比例；

17、s505，计算农残差值矩阵中所有农残富集点对应的数值大于或等于农残区域阈值的农残富集点对应的数值的平均值记作gm_enrich；进一步计算待测红花样本集的农残定性系数记作qual_ac，其去量纲化计算公式为：

18、qual_ac＝scale_en×log10(gm_enrich)；

19、s506，计算农残差值矩阵中所有元素对应的数值大于或等于农残区域阈值的农残富集点对应的数值的平均值记作value2；进一步计算所述待测红花样本集的农残超标指数记作overproof，其去量纲化计算公式为：

20、overproof＝scale_en×log10(value2)。

21、进一步地，在s600中，建立所述标准光谱序列与所述农残定性系数的农残量化模型，利用非线性回归模型对所述标准光谱序列与所述农残定性系数进行曲线拟合，得到所述标准光谱序列对应的农药标准品的浓度大小与所述农残定性系数的对应关系式，即为所述农残量化模型；判断所述农残定性系数是否大于等于所述农残超标指数，是则标记所述待测红花样本集为农残不达标，并根据所述农残量化模型获得所述农残定性系数对应的农残浓度估计量；否则标记所述待测红花样本集为农残达标。

22、本发明还提供了一种中药红花的农残快速检测系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现一种中药红花的农残快速检测方法中的步骤，所述一种中药红花的农残快速检测系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。

23、如上所述，本发明所述的一种中药红花的农残快速检测方法及系统，具有以下有益效果：

24、(1)采用便携式拉曼光谱仪对待测红花样本进行检测，量化待测红花的农残检测情况，进一步评价目标农药残留是否达标；(2)现有农残快速检测方法中，酶抑制法对非有机磷农药和氨基甲酸酯类农药测定不敏感，且存在酯酶保存条件苛刻和检测结果不够准确的问题，以及质谱快速检测法精准定量分析需要同位素农药作为辅助增加分析成本；而免疫分析法只适用于检测一种或一类农药，而表面增强拉曼光谱检测法用于快速农残检测，能够有效避免上述问题，利用本发明技术方案，确定待测的目标农药类型，获得不同浓度的农药标准品对应的标准光谱序列，建立所述标准光谱序列与所述农残定性系数的农残量化模型，快速判断所述农残定性系数是否大于等于所述农残超标指数；(3)能通过拉曼光谱显微成像分析同一待测样本田基地中不同采样地点局部的空间和光谱信息，精确识别待测红花田基地的富集区域进行量化分析，间接量化表征待测红花的农药残留情况；(4)在尚不清楚待测对象残留的农药类型的情况下，获得无残留和待测红花的对照光谱序列和农残光谱序列进行农药残留分析，通过计算农残定性系数能客观准确的定性分析其未知目标农药的残留程度，能够实现快速评价待测红花的农残是否达标，从而快速检测农残是否达到标准。