NIR spectral information used to predict water content of pine seeds from multivariate calibration

Authors: Lestander, Torbjörn A.; Geladi, Paul

Source: Canadian Journal of Forest Research, Volume 35, Number 5, May 2005 , pp. 1139-1148(10)

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Abstract:

It is possible to predict the water content (6%–32%) of pine seeds — single seeds at 30 degree-days and bulk samples at 45 degree-days — using multivariate calibration models based on the near infrared (NIR) spectra (1100–2200 nm) of the seeds. One would expect the water peaks in the NIR spectra to contribute uniquely to the models, but this is not entirely the case. Different ways of studying models and spectra reveal that the contribution of the spectral information to the calibration models is complicated and nonlinear. Model parameters also show contributions from the biological processes in the seeds. Regression models between water content and NIR spectra using biorthogonal partial least squares (BPLS) showed that water content was associated with overtones of H–O–H, mainly around the peak of water at 1930–1940 nm, as expected. However, overtones of C–H, C=O, and N–H also influenced the BPLS models. This was caused by evolving biological phenomena, such as respiration and protein metabolism in imbibed seeds, and hence gave more complex regression models of seed–water interaction. There was also a difference in N–H absorption that indicated enhanced protein metabolism at prolonged degree-days.

Il est possible de prédire le contenu en eau (6 % – 32 %) de graines de pin — individuellement à 30 degrés-jours et en lots à 45 degrés-jours — à l'aide de modèles de calibration multivariés basés sur les spectres des graines dans le proche infrarouge (PIR) (1100–2200 nm). On s'attendrait à ce que les pics de l'eau dans les spectres PIR soient les seuls à contribuer aux modèles mais ce n'est pas tout à fait le cas. Différentes méthodes pour étudier les modèles et les spectres révèlent que la contribution de l'information spectrale aux modèles de calibration est complexe et non linéaire. Les paramètres des modèles montrent également qu'il y a des contributions qui viennent des processus biologiques dans les graines. Des courbes de régression entre le contenu en eau et les spectres PIR établies à l'aide des moindres carrés partiels bi-orthogonaux ont montré que le contenu en eau est associé à des variantes de H–O–H, particulièrement autour du pic de l'eau à 1930–1940 nm tel qu'attendu. Cependant, les variantes de C–H, C=O et N–H ont aussi influencé les courbes. Cela était dû à l'évolution des phénomènes biologiques tels que la respiration et le métabolisme des protéines dans les graines imbibées, ce qui s'est traduit par des courbes de régression plus complexes qui reflètent l'interaction entre l'eau et les graines. Il y avait aussi une différence dans l'absorption de N–H qui indiquait une augmentation du métabolisme des protéines avec l'accumulation des degrés-jours.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research article

Publication date: 2005-05-01

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