低场时域核磁共振技术（脉冲核磁共振）用于植物种子/油料作物含油率检测 -大豆含油率检测
随着人民生活水平的不断提高，我国在粮油方面的需求日益增加，食用油等油料的含油率检测日渐成为企业以及相关学者的研究重点。含油率既是作为油脂材料的重要指标，也是判断其在粮油领域重要性的标志。
目前我国现行的油料作物检测标准为GB/T14488.1-2008 《植物油料含油量测定》，其方法为萃取抽提法-索氏提取法，都需要使用有机溶剂和超临界流体，且过程复杂、耗时长。其检测结果的准确性有待进一步提高，同时使用各种实际对人体和环境造成伤害。其他标准还包括GB/T 15690-2008 《植物油料含油量测定连续波低分辨率核磁共振测定法（快速法）》，其主要原理为使用扫频的方式获得样品的吸收谱线，根据样品对射频信号的吸收程度计算其含油率。该方法检测耗时很长，多次扫描过程中容易出现信号漂移，从而导致检测精度较差，难以达到GB/T 14488.1-2008中的精度要求，其重复性误差要求要低50%。（0.6% vs 0.4%）。
低场时域核磁共振技术（脉冲核磁共振）通过测量样品中的氢原子核（H）的弛豫时间信息，通过弛豫时间的信号幅值大小可有效测量植物种子/油料作物的含油量，具有快速（单个样品测量时间约10-30s）、精度高、样品直接测量、无损伤、不需其他耗材、环保、安全等特点。
实验方法：
采用纯大豆油作为标样，建立8点、5点含油量与弛豫时间信号幅值的数据模型，开展大豆含油率检测，与GB/T14488.1-2008、GB/T 14488.1-2008中要求的数据精度作比较。
弛豫时间测量（脉冲核磁共振）：
MAGMED-LFTDNMR-2230磁共振分析仪（MAGMED-Cores HP20L）
CPMG脉冲，回波间隔TE=0.5ms，扫描次数8次，间隔时间4s。
模型建立：
1. 标样大豆油CPMG信号幅值：
序号 | 重量 | CPMG信号幅值 | 模型采用 |
1 | 1.49 | 25.0889 | 8点、5点模型 |
2 | 2.02 | 34.1179 | 8点模型 |
3 | 2.51 | 42.7586 | 8点、5点模型 |
4 | 3 | 51.64 | 8点模型 |
5 | 3.5 | 61.2224 | 8点、5点模型 |
6 | 4 | 69.6667 | 8点模型 |
7 | 4.51 | 79.1189 | 8点、5点模型 |
8 | 5.01 | 88.5318 | 8点、5点模型 |
2. 8点模型：
3. 5点模型
4. 标样大豆油质量模型验证
表1：8点模型验证
8点模型验证 | ||||
实际油质量/g | 检测幅值 | 检测油含量/g | 误差/g | 误差/% |
2.87 | 49.23 | 2.85 | -0.02 | -0.649% |
3.79 | 66.73 | 3.80 | 0.01 | 0.264% |
4.79 | 83.96 | 4.77 | -0.02 | -0.316% |
表2：5点模型验证
实际油含量/g | 检测幅值 | 检测油含量/g | 误差/g | 误差 |
2.02 | 34.1179 | 2.01 | -0.01 | -0.687% |
3.00 | 51.64 | 2.98 | -0.02 | -0.764% |
4.00 | 69.6667 | 3.98 | -0.02 | -0.600% |
大豆含油率测定结果：
表3：大豆含油率8点模型测试结果
烘干样品 | ||||
样品重/g | 检测幅值 | 检测油含量/g | 含油率 | 重复性误差 |
8.12 | 31.8847 | 1.89 | 23.28% | 0.06% |
10.02 | 39.761 | 2.33 | 23.22% | |
未烘干样品 | ||||
10.83 | 43.2464 | 2.52 | 23.27% | 0.50% |
12.32 | 50.0669 | 2.90 | 23.52% | |
15.07 | 61.2335 | 3.52 | 23.33% | |
20.11 | 81.3245 | 4.63 | 23.02% | |
表4：大豆含油率5点模型测试结果
烘干样品 | ||||
样品重/g | 检测幅值 | 检测油含量/g | 含油率 | 重复性误差 |
8.12 | 31.8847 | 1.88 | 23.18% | 0.04% |
10.02 | 39.761 | 2.32 | 23.14% | |
未烘干样品 | ||||
10.83 | 43.2464 | 2.51 | 23.19% | 0.30% |
12.32 | 50.0669 | 2.89 | 23.16% | |
15.07 | 61.2335 | 3.51 | 23.28% | |
20.11 | 81.3245 | 4.62 | 22.98% | |
数据分析：
1.8点模型和5点模型，标样大豆油的质量与弛豫时间信号幅值具有优异的线性拟合关系，拟合度＞0.999；
2.通过测量已知质量的标样大豆油样品，验证8点模型和5点模型能够精确测量样品含油量；
3.通过大豆样品含油率的测定，其平均含油率约为23%，符合大豆含油量15%-25%的实际情况；
4.低场时域磁共振技术（脉冲核磁共振）测量大豆含油率的精度满足相关国标要求：
实验结果要求 | 是否合格 | |||
8点建模 | 5点建模 | |||
油含量误差 | GB/T 15690-2008 | 重复性<0.6% | 是，烘干样品0.06%，未烘干样品0.50% | 是，烘干样品0.04%，未烘干样品0.48% |
GB/T 14488.1-2008 | 重复性大豆<0.4% | 否，未烘干样品0.50% | 是，烘干样品0.04%，未烘干样品0.30% | |
5.对于未烘干样品，由于其中含有一定量的水，其弛豫时间信号，对测量结果引入误差。
综上，考虑到低场时域磁共振技术（脉冲核磁共振）测量的快速性、便捷性、安全性，结合模型精度，其可成为植物种子/油料作物含油率测定的全新替代技术，结合本实验，考虑到精度要求，可选择5点建模，样品烘干，测量含油率；考虑到工业或批量应用，8点模型、样品未烘干，亦可。
