بخشی از مقاله
چکیده
امروزه روش طیفسنجی فلورسانس القایی یکی از روشهای مفید در تشخیص غیر مخرب ویژگیهای درونی محصولات کشاورزی به حساب میآید. در این تحقیق، سامانهای برای اندازهگیری طیف فلورسانس القایی گوجهفرنگی در مد بازتابشی توسعه داده شد. از منابع نور الایدی - LED - به عنوان منبع تحریک برای تولید پرتوهای فلورسانس استفاده گردید. پس از جمعآوری طیف فلورسانس القایی از 170 نمونهی گوجهفرنگی که در طول مراحل مختلف رسیدگی برداشت شده بودند، سفتی نمونهها با استفاده از آزمون نفوذ با پروب استاندارد اندازهگیری شد.
از روشهای پیشپردازش مختلف برای حذف اثر عوامل مزاحم و از روش رگرسیون چند متغیره حداقل مربعات نسبی برای مدلسازی سفتی با استفاده از طیفهای فلورسانس القایی استفاده گردید. نتایج نشان داد که در بررسی اولیه طیفها، دو پیک در محدوده 698 و 745 نانومتر مشاهده گردید که به کلروفیل مربوط بود. همچنین روش طیفسنجی فلورسانس القایی توانست سفتی گوجهفرنگیها را با ضریب همبستگی پیشبینی 0/884 - rp - ، خطای پیشبینی - RMSEP - برابر 3/29 نیوتن و RPD برابر 1/70 پیشگویی کند.
مقدمه
طبق آمار وزرات جهاد کشاورزی، سطح زیر کشت گوجهفرنگی در ایران در سال زراعی 93-92، حدود 158 هزار هکتار و میزان تولید آن حدود 6 میلیون تن میباشد که بخشی از این محصول صادرات شده است. با توجه به تولید و صادرات بالای این محصول، تعیین کیفیت درونی گوجهفرنگی اهمیت زیادی پیدا کرده است. از طرف دیگر، در سالهای اخیر، روش طیفسنجی فلورسانس القایی به دلیل مزایایی از جمله سرعت بالا در اندازهگیری تعداد زیاد نمونه، ارزان بودن و اندازهگیری بدون آمادهسازی نمونهها، مورد استقبال محققان فعال در زمینهی ارزیابی غیرمخرب کیفیت محصولات کشاورزی قرار گرفته است.
پدیدهی فلورسانس زمانی رخ میدهد که یک ماده که در معرض یک تابش با انرژی بیشتر - یا طول موج کمتر - قرار گرفته است قادر باشد پرتو را جذب کرده و از خود تابشی با انرژی کمتر - یا طول موج بالاتر - ساطع کند. در این حالت ماده با جذب یک فوتون، میتواند یک الکترون از تراز پایه به یکی از ترازهای الکترونی بالاتر منتقل میشود. انرژی فوتون جذب شده تعیینکنندهی ترازی است که الکترون به آنجا میرود. حال اگر الکترون از تراز برانگیخته یگانهای به تراز پایه بازگردد، پدیده فلورسانس اتفاق میافتد .
- Abbasi et al., 2014 - به طور کلی در محصولات کشاورزی از طول موجهای ناحیه فرابنفش و آبی برای القای فلورسانس استفاده میشود و در نتیجه محصول قادر خواهد بود فلورسانس در طولموجهای سبز تا مادونقرمز نزدیک تابش کند. تحقیقات فراوانی در زمینهی بکارگیری طیفسنجی فلورسانس القایی در تخمین یا طبقهبندی براساس یک یا چند ویژگی محصولات کشاورزی انجام گرفته است.
برای مثال، نسبت کاروتنوئید به فلاونوئید با طولموج تحریک 266 نانومتر برای میوه گوجهفرنگی با ضریب تبیین 0/78 - R2 - پیشگویی شد . - Lai et al., 2007 - با استفاده از طولموج تحریک 337 نانومتر، میزان کافئیک اسید در سیب با استفاده از روش حداقل مربعات نسبی - PLS - و با ضریب همبستگی 0/99 - r - پیشگویی شد - Wulf et . - al., 2005 همچنین واریتههای مختلف پرتقال شیرین با استفاده از طولموج تحریک 561 نانومتر و دو روش PLS و تحلیل مؤلفههای اصلی - PCA - به ترتیب با دقتهای % 100 و % 99 تشخیص و کلاسبندی شد . - Wulf et al., 2008 - هدف از این تحقیق، بررسی توانایی طیفسنجی فلورسانس القایی با طول موج تحریک در محدودهی آبی 451 - نانومتر - برای تخمین سفتی گوجهفرنگی میباشد.
مواد و روشها
در این تحقیق نمونههای میوه گوجهفرنگی از گلخانهای در روستای روران شهرستان اصفهان تهیه شدند. پس از بررسی اولیه، تعداد 170 نمونه سالم تشخیص و به آزمایشگاه آزمونهای غیرمخرب گروه مهندسی بیوسیستم دانشگاه صنعتی اصفهان منتقل شد. سپس نمونهها قبل از آزمایش، برای برقراری تعادل با محیط آزمایشگاه به مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه نگهداری و سپس بر اساس رنگ ظاهری و بهصورت چشمی به سه گروه نارس - نمونههای سبز رنگ- - G، گروه نیمه رس - نمونههای زرد رنگ- - O و گروه رسیده - نمونههای قرمز رنگ- - R تقسیم و کدگذاری شدند.
پس از اندازهگیری مشخصههای فیزیکی شامل اندازه و وزن و همچنین رنگ، طیفهای فلورسانس القایی نمونهها در مد بازتابشی جمعآوری شد. شکل 1 سامانهی توسعه دادهشده برای اندازهگیری طیف فلورسانس القایی با استفاده از منبع LED در وضعیت بازتابشی را نشان میدهد. همانطور که در شکل مشخص است این سامانه شامل منبع نور ، اسپکترومتر PDA با آشکارساز CCD، فیبر نوری و یک شاسی انعطافپذیر اصلی برای اتصال قسمتهای مختلف است.
منبع نور شامل یک LED با طولموج 451 نانومتر و توان 3 وات بود. اسپکترومتر استفاده شده از نوع آرایه دیودی حساس به نور - PDA - با توانایی ثبت طیفهای الکترومغناطیس در ناحیه 400 تا 1100 نانومتر - مرئی- فروسرخ نزدیک - با وضوح 2 نانومتر بود. از یک فیبر نوری شیشهای با قطر 200 میکرون با درگاه خروجی SMA برای انتقال پرتوی بازتابشی از میوه به داخل اسپکترومتر بهره گرفته شد. طیف بدست آمده از طریق درگاه USB به رایانه منتقل و در آنجا از طریق برنامهی توشته شده در محیط Lab View در رایانه ذخیره میشد - مومکش و همکاران، . - 1394
شکل 2 لحظهی جمعآوری طیف فلورسانس القایی برای یک نمونهی گوجهفرنگی با استفاده از تحریک LED را نشان میدهد. در این حالت نحوه قرارگیری LED و فیبر نوری بهگونهای است که نسبت به یکدیگر زاویه 45 درجه دارند. همچنین فیبر نوری در راستای قطر استوایی میوه قرار میگیرد. لازم است که در ابتدای هر آزمایش، طیف تیره - Rdark - نیز تعریف گردد که این کار با تاریک کردن محفظهی اندازهگیری و خاموش کردن منابع نور انجام میشد.
