주파수영역 광 간섭 단층촬영 시스템을 위한 파장가변 광원과 주파수 보정(calibration)을 위한 신호처리계를 구현하였다. 제작된 레이저의 평균출력을 부스터(booster) 반도체 광 증폭기를 이용하여 14 mW까지 증폭시키고, 레이저 스펙트럼의 편이(shift)를 보상하였다. 패브리-페롯 에탈론(Fabry-Perot etalon)과 디지털 신호처리(digital signal processing)로 신호처리계를 제작함으로서 파장가변광원의 속도가변에 따른 비트주파수(beat frequency)의 넓어짐을 보정하였다. 제작된 광 간섭 단층촬영 시스템은 종방향 주사속도 154.4 kHz, 측정깊이 0.95 mm, 종방향 분해능 $12{\pm}0.37{\mu}m$의 특성을 가진다.
Park, H.S.;Lee, J.K.;Fike, J.H.;Kim, D.A.;Ko, M.S.;Ha, Jong Kyu
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제18권5호
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pp.643-648
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2005
Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) has become increasingly used as a rapid, accurate method of evaluating some chemical constituents in cereal grains and forages. If samples could be analyzed without drying and grinding, then sample preparation time and costs may be reduced. This study was conducted to develop robust NIRS equations to predict fermentation quality of corn (Zea mays) silage and to select acceptable sample preparation methods for prediction of fermentation products in corn silage by NIRS. Prior to analysis, samples (n = 112) were either oven-dried and ground (OD), frozen in liquid nitrogen and ground (LN) and intact fresh (IF). Samples were scanned from 400 to 2,500 nm with an NIRS 6,500 monochromator. The samples were divided into calibration and validation sets. The spectral data were regressed on a range of dry matter (DM), pH and short chain organic acids using modified multivariate partial least squares (MPLS) analysis that used first and second order derivatives. All chemical analyses were conducted with fresh samples. From these treatments, calibration equations were developed successfully for concentrations of all constituents except butyric acid. Prediction accuracy, represented by standard error of prediction (SEP) and $R^2_{v}$ (variance accounted for in validation set), was slightly better with the LN treatment ($R^2$ 0.75-0.90) than for OD ($R^2$ 0.43-0.81) or IF ($R^2$ 0.62-0.79) treatments. Fermentation characteristics could be successfully predicted by NIRS analysis either with dry or fresh silage. Although statistical results for the OD and IF treatments were the lower than those of LN treatment, intact fresh (IF) treatment may be acceptable when processing is costly or when possible component alterations are expected.
Lohumi, Santosh;Kandpal, Lalit Mohan;Seo, Young Wook;Cho, Byoung Kwan
Journal of Biosystems Engineering
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제41권3호
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pp.208-220
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2016
Purpose: Fusel oil is a potent volatile aroma compound found in many alcoholic beverages. At low concentrations, it makes an essential contribution to the flavor and aroma of fermented alcoholic beverages, while at high concentrations, it induced an off-flavor and is thought to cause undesirable side effects. In this work, we introduce Fourier transform near-infrared (FT-NIR) spectroscopy as a rapid and nondestructive technique for the quantitative determination of fusel oil in the Korean alcoholic beverage "soju". Methods: FT-NIR transmittance spectra in the 1000-2500 nm region were collected for 120 soju samples with fusel oil concentrations ranging from 0 to 1400 ppm. The calibration and validation data sets were designed using data from 75 and 45 samples, respectively. The net analyte signal (NAS) was used as a preprocessing method before the application of the partial least-square regression (PLSR) and principal component regression (PCR) methods for predicting fusel oil concentration. A novel variable selection method was adopted to determine the most informative spectral variables to minimize the effect of nonmodeled interferences. Finally, the efficiency of the developed technique was evaluated with two different validation sets. Results: The results revealed that the NAS-PLSR model with selected variables ($R^2_{\upsilon}=0.95$, RMSEV = 100ppm) did not outperform the NAS-PCR model (($R^2_{\upsilon}=0.97$, RMSEV = 7 8.9ppm). In addition, the NAS-PCR shows a better recovery for validation set 2 and a lower relative error for validation set 3 than the NAS-PLSR model. Conclusion: The experimental results indicate that the proposed technique could be an alternative to conventional methods for the quantitative determination of fusel oil in alcoholic beverages and has the potential for use in in-line process control.
BACKGROUND: This paper describes the successful discrimination of GM crops from the respective wild type (WT) controls using spectroscopy and chemometric analysis. Despite the many benefits that GM crops, their development has raised concerns, particularly about their potential negative effects on food production and the environment. From this point of view, the introduction of GM crops into the market requires the development of rapid and accurate identification technologies to ensure consumer safety. METHODS AND RESULTS: The development of a GM crop discrimination model using spectroscopy involved the pre-processing of the collected spectral information, the selection of a discriminant model, and the verification of errors. Examples of GM versus WT discrimination using spectroscopy are available for soybeans, tomatoes, corn, sugarcane, soybean oil, canola oil, rice, and wheat. Here, we found that not only discrimination but also cultivar grouping was possible. CONCLUSION: Since for the determination of GM crop there is no pre-defined pre-processing method or calibration model, it is extremely important to select the appropriate ones to increase the accuracy in a case-by-case basis.
Objectives : The determination of oxalate in urine is required for the diagnosis and treatment of primary hyperoxaluria, idiopathic stone disease and various intestinal diseases. We examined the possibility of using Fourier transform near-infrared (FT-NIR) spectroscopy analysis to quantitate urinary oxalate. The practical advantages of this method include ease of the sample preparation and operation technique, the absence of sample pre-treatments, rapid determination and noninvasiveness. Methods : The range of oxalate concentration in standard urine solutions was $0-221mg/{\ell}$. These 80 different samples were scanned in the region of 780-1,300 nm with a 0.5 nm data interval by a Spectrum One NTS FT-NIR spectrometer. PCR, PLSR and MLR regression models were used to calculate and evaluate the calibration equation. Results : The PCR and PLSR calibration models were obtained from the spectral data and they are exactly same. The standard error of estimation (SEE) and the % variance were $10.34mg/{\ell}$ and 97.86%, respectively. After full cross validation of this model, the standard error of estimation was $5,287mg/{\ell}$, which was much smaller than that of the pre-validation. Furthermore, the MCC (multiple correlation coefficient) was 0.998, which was compatible with the 0.923 or 0.999 obtained from the previous enzymatic methods. Conclusions : These results showed that FT-NIR spectroscopy can be used for rapid determination of the concentration of oxalate in human urine samples.
퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)를 이용한 물질의 적외선 분광 복사율 측정 장치를 구축하고 이 장치의 성능을 평가하였다. 본 장치는 기준 흑체, 시료 가열로, 광학계, FT-IR로 구성되어 있으며, 측정 온도 및 파장 영역은 $200^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$와 $3.5{\mu}m{\sim}20{\mu}m$ 이다. 기준 흑체의 유효 복사율은 0.9993 이상으로 거의 1에 가까운 값을 나타내고 있었으며, 흑체의 분광 복사율에 대한 합성 상대 불확도는 0.69% 이하이다. $300^{\circ}C$에서 불투명한 알루미나, 흑연, 양극 처리된 알루미늄 시료의 수직 분광 복사율과, 금속(IMS200)의 표면 거칠기에 따른 복사율을 측정하였다. 금속(IMS200)의 표면 거칠기에 따른 복사율 변화는 거칠기가 증가할수록 증가하였다.
8가지 희토류원소를 주로 포함하고 있는 monazite정광을 X-선 형광분광법으로 분석하는데 있어서 분석선에 대한 다른 희토류원소의 스펙트럼선 겹침 방해를 조사하고 겹침 계수를 구하여 보정하는 방법에 대한 연구를 하였다. 순수한 희토류산화물을 사용하여 원소자신의 분석선 세기와 다른 원소의 분석선에 해당하는 회절각(2${\theta}$)에서의 세기를 측정하고 그들 세기의 비로 겹침계수를 구하였다. 겹침 계수를 이용하여 표준시료와 분석시료의 측정세기를 회귀분석법으로 보정하였다. 보정된 세기를 농도에 대해 도시한 검정곡선은 직선성이 현저히 향상되었고 표준편차도 많이 감소하였다. 시료의 분석 결과도 유도결합플라스마 방출분광법의 결과와 허용오차범위내에서 잘 일치하였다.
본 연구에서는 2차원 형광스펙트럼의 PCA 분석을 통하여 발효 공정을 모니터링하고 PCR과 PLS과 같은 다변량 분석기법을 이용하여 공정을 모델링하였다. 재조합 대장균 E. coli 와 효모 S.cerevisiae의 발효 공정 중에 얻어진 많은 양의 2차원 형광스펙트럼 자료는 우선 PCA를 통해 축소된다. 그리고 PCA에서 주성분점수와 적재 산점도는 발효 공정의 정성적 경향을 묘사하기 위해 사용되었다. 또한, PCR과 PLS는 2차원 형광스펙트럼의 분석을 위해 사용되었으며 PLS모델이 보정과 예측 능력에서 PCR모델보다 조금 더 우수한 성능을 나타냈다. 따라서 2차원 형광스펙트럼 자료를 이용하여 생물공정을 모델링 하고자 할 때는 PCR 방법보다는 PLS 방법을 사용하는 것이 유리할 것이다.
The objective of this study was to evaluate the firmness and the sweetness index (SI) of tomatoes with a hyperspectral imaging (HSI) technique within the wavelength range of 1000 - 1550 nm. The hyperspectral images of 95 tomatoes were acquired with a push-broom hyperspectral reflectance imaging system, from which the mean spectra of each tomato were extracted from the regions of interest. The reference firmness and sweetness index of the same sample was measured and calibrated with their corresponding spectral data by partial least squares (PLS) regression with different preprocessing methods. The calibration model developed by PLS regression based on the Savitzky-Golay second-derivative preprocessed spectra resulted in a better performance for both the firmness and the SI of the tomatoes compared to models developed by other preprocessing methods. The correlation coefficients ($R_{pred}$) were 0.82, and 0.74 with a standard error of prediction of 0.86 N, and 0.63, respectively. Then, the feature wavelengths were identified using a model-based variable selection method, i.e., variable importance in projection, from the PLS regression analyses. Finally, chemical images were derived by applying the respective regression coefficients on the spectral image in a pixel-wise manner. The resulting chemical images provided detailed information on the firmness and the SI of the tomatoes. The results show that the proposed HSI technique has potential for rapid and non-destructive evaluation of firmness and the sweetness index of tomatoes.
감귤의 생육단계별 토양 수분의 양은 감귤의 비대와 당도에 영향을 미치며, 토양 건조 처리를 통해 수분스트레스를 부여하면 과실의 당도를 높일 수 있다. 감귤잎 수분 함유율의 측정은 감귤 성장 시기에 따른 관수 시점, 관수량 조절의 지표가 될 수 있다. 본 연구는 근적외분광분석법(NIRS)을 이용하여 비파괴적으로 감귤잎의 수분을 측정하기 위하여 수행되었다. 온주밀감 (Citrus unshiu Marc.)의 잎 ('Okitsu' Satusuma mandarin leaves)은 건조감량시험법에 따라 건조시켜 수분 함유율 20.80-69.98% 범위로 하여 사용하였다. 감귤잎의 흡수 스펙트럼은 광섬유 반사 프로브를 이용하여 측정하였고, 1450 nm에서 수분 함유율 변화에 따른 OH band의 변화를 관찰할 수 있었다. 감귤잎 수분 측정을 위한 모델은 1100-1700 nm 파장 범위의 스펙트럼을 사용하여, 부분최소제곱법 (PLSR, Partial least squres regression)을 실시하여 개발되었다. 그 결과 SEP (Standard errors of prediction)는 0.97%였다. 개발된 모델을 검증하기 위하여 다른 감귤잎에 적용시킨 결과, 건조감량 측정 결과에 대하여 SEP 0.81%로 좋은 상관성을 보여주고 있다. 본 연구를 통해서 신속하고 비파괴적인 감귤잎의 수분 함유율 측정이 근적외분광분석법을 이용하여 성공적으로 수행되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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