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一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法及裝置，該檢測(cè)方法利用激光在食用油中激發(fā)產(chǎn)生光熱效應(yīng)，通過(guò)對(duì)不同激發(fā)波長(zhǎng)下所產(chǎn)生的光熱效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)獲得不同品質(zhì)下食用油的吸收光譜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食用油的品質(zhì)的檢測(cè)鑒別。本發(fā)明還提供一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置。與其它光譜分析方法相比，本發(fā)明消除了散射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量結(jié)果更加可靠；本發(fā)明對(duì)光吸收率的檢測(cè)靈敏度極高，在食用油中雜質(zhì)成分極少的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油品檢測(cè)鑒別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法及裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]食品安全，關(guān)系每一個(gè)人的生命健康，是重中之重。因而對(duì)各類食品安全的檢測(cè)鑒別技術(shù)的需求也非常迫切。各類食用油，是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚谋匦杵贰５牵陙?lái)，一些不法經(jīng)營(yíng)者為了謀取暴利，使用地溝油等劣質(zhì)油來(lái)冒充合格的食用油。地溝油中含有大量的有害物質(zhì)，嚴(yán)重危害了人們的健康。因此，能夠快速、有效地進(jìn)行食用油品質(zhì)的檢測(cè)鑒別，就有著非常重要的意義。
[0004]因?yàn)槠胀ㄊ秤糜秃蛽郊俚氖秤糜驮诔煞稚嫌兴煌瑩郊俚氖秤糜屠锩妫亟饘佟⒍舅?比如丙烯醛、黃曲酶毒素等)嚴(yán)重超標(biāo)，這也使得普通食用油和摻假食用油相t匕，一些物理參數(shù)也有所不同，如光學(xué)吸收率、折射率等。常用的油品檢測(cè)技術(shù)有色譜分析和光譜分析法。在色譜分析方法中，需要對(duì)待測(cè)的樣品進(jìn)行一定的處理，檢測(cè)過(guò)程比較復(fù)雜，也不滿足快速檢測(cè)的要求。并且該方法改變了樣品的構(gòu)成，檢測(cè)后樣品無(wú)法再利用。常見(jiàn)的光譜分析方法有分光光度法、拉曼光譜法等，但是這些方法都有不足。分光光度法中通常是直接測(cè)量透過(guò)樣品的光的強(qiáng)度的變化，再根據(jù)朗伯比爾(Lambert-Beer)定律來(lái)獲得樣品的吸收率以及吸收光譜。這種方法在對(duì)弱吸收樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差，主要的誤差來(lái)源是樣品表面及樣品內(nèi)部對(duì)光的散射，比如劣質(zhì)食用油內(nèi)所含的雜質(zhì)等。因?yàn)檫@部分散射所造成的光強(qiáng)變化往往會(huì)被計(jì)算在吸收之內(nèi)，當(dāng)樣品吸收很弱時(shí)，這會(huì)造成比較大的檢測(cè)誤差。拉曼光譜法是通過(guò)對(duì)樣品分子引起的拉曼散射效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得有關(guān)樣品分子的結(jié)構(gòu)特征。不同的分子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的拉曼特征譜線。但是拉曼散射本身的效率很低，散射光也很弱，這樣在樣品中雜質(zhì)成分比較小的時(shí)候，檢測(cè)的靈敏度也會(huì)收到很大的限制。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量結(jié)果可靠、檢測(cè)靈敏度高的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法及裝置，通過(guò)該檢測(cè)方法及裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)食用油的品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)鑒別。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，包括以下步驟:
(1)對(duì)泵浦光源輸出的泵浦光束的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，并將經(jīng)過(guò)調(diào)制的泵浦光束聚焦后照射到被測(cè)食用油樣品上，食用油樣品因?yàn)槲毡闷止饽芰慷鹁植繙囟壬撸?br> (2)將探測(cè)光源輸出的探測(cè)光束聚焦后也照射到被測(cè)食用油樣品上，與泵浦光束的照射區(qū)域重合； (3)采用光電探測(cè)器對(duì)從被測(cè)食用油樣品出射的探測(cè)光束進(jìn)行探測(cè)，光電探測(cè)器將探測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，輸入交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，獲得探測(cè)光束的傳播特性在經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品時(shí)的變化量；
(4)根據(jù)探測(cè)光束的傳播特性在經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品時(shí)的變化量，得到被測(cè)食用油樣品對(duì)泵浦光的吸收特性；
(5)改變泵浦光的波長(zhǎng)，重復(fù)上述步驟，得到被測(cè)食用油樣品對(duì)不同波長(zhǎng)泵浦光的吸收特性，獲得被測(cè)食用油樣品的吸收光譜。
[0008]所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，所述步驟(3)中，從被測(cè)食用油樣品出射的探測(cè)光束經(jīng)由探測(cè)光會(huì)聚裝置、探測(cè)光濾光裝置和空間濾波器后，再進(jìn)入光電探測(cè)器。
[0009]所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，所述步驟(3)中，所述交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置選用鎖相放大器。
[0010]一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，包括分別與食用油樣品池通過(guò)合束裝置光路連接的泵浦光源和探測(cè)光源以及分別與食用油樣品池通過(guò)分束裝置光路連接的泵浦光吸收裝置和光電探測(cè)器，所述泵浦光源與合束裝置之間依次設(shè)有泵浦光調(diào)制裝置和泵浦光會(huì)聚裝置，所述探測(cè)光源與合束裝置之間設(shè)有探測(cè)光第一會(huì)聚裝置，所述分束裝置與光電探測(cè)器之間依次設(shè)有探測(cè)光第二會(huì)聚裝置、探測(cè)光濾光裝置和空間濾波器；所述光電探測(cè)器的輸出端與交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置的輸入端連接。
[0011]所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，所述探測(cè)光第一會(huì)聚裝置與合束裝置之間設(shè)有探測(cè)光角度調(diào)整裝置。
[0012]所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，所述泵浦光調(diào)制裝置與泵浦光會(huì)聚裝置之間設(shè)有泵浦光分光裝置，所述泵浦光分光裝置的反射光路上設(shè)有泵浦光功率探測(cè)裝置。
[0013]所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，所述探測(cè)光濾光裝置與空間濾波器之間設(shè)有探測(cè)光分光裝置，所述探測(cè)光分光裝置的反射光路上設(shè)有探測(cè)光功率探測(cè)裝置。
[0014]本發(fā)明利用光熱效應(yīng)來(lái)測(cè)量食用油樣品的光熱吸收光譜，泵浦光誘導(dǎo)產(chǎn)生的食用油樣品的特性發(fā)生變化，只是由于食用油樣品吸收泵浦光能量而引起的，因此，光電探測(cè)器所測(cè)得的信號(hào)只反映食用油樣品的吸收特性，食用油樣品表面及內(nèi)部的散射對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生影響。與其它光譜分析方法相比，本發(fā)明消除了散射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量結(jié)果更加可靠；本發(fā)明對(duì)光吸收率的檢測(cè)靈敏度極高，可以達(dá)到10_8，大大優(yōu)于采用分光光度法所達(dá)到的10_5?10_6的檢測(cè)靈敏度，在食用油中雜質(zhì)成分極少的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。[0018]本發(fā)明利用光熱吸收光譜進(jìn)行食用油檢測(cè)的理論依據(jù)如下:常見(jiàn)食用油多為植物油，主要成分是棕櫚酸、硬脂酸、油酸等脂肪酸。不同品質(zhì)的植物油其脂肪酸的組成和含量也有所不同，因此其吸收光譜也各不相同，例如，在紫外波段，葵花籽油有280.4nm、269.6nm、259.4nm和230.6nm四個(gè)吸收峰，花生油有279.8nm、269.2nm兩個(gè)吸收峰，其它品質(zhì)的食用油的吸收峰的位置也各不相同；再有，在紅外波段，不同種類、不同品質(zhì)的食用油，雖然其吸收峰的位置基本相同，但是因?yàn)槠渲懈黝愔舅岬暮坎煌虼似湮辗宓拇笮「鞑幌嗤Ａ硗猓Ｒ?jiàn)的地溝油主要來(lái)源于:下水道漂浮的油膩物或賓館酒樓的泔水，劣質(zhì)貨帶有病菌的動(dòng)物的脂肪，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單提煉加工，地溝油中會(huì)含有大量的重金屬、毒素和動(dòng)物蛋白等。這些物質(zhì)的光學(xué)吸收特性也各不相同，例如，重金屬元素鉛在217nm和283.3nm有顯著的吸收特征，鎘在228.8nm和326.2nm處有顯著的吸收特征。因此，不同品質(zhì)下食用油的吸收光譜也各不相同。通過(guò)對(duì)不同食用油的吸收光譜進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，就可以實(shí)現(xiàn)食用油品質(zhì)的檢測(cè)鑒別。
如圖1所示，一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，包括泵浦光源1、泵浦光調(diào)制裝置2、泵浦光分光裝置3、泵浦光功率探測(cè)裝置4、泵浦光會(huì)聚裝置5、合束裝置6、被測(cè)食用油樣品池7、泵浦光吸收裝置8、探測(cè)光源9、探測(cè)光第一會(huì)聚裝置10、探測(cè)光角度調(diào)整裝置11、分束裝置12、探測(cè)光第二會(huì)聚裝置13、探測(cè)光濾光裝置14、探測(cè)光分光裝置
15、探測(cè)光功率探測(cè)裝置16、空間濾波器17、光電探測(cè)器18和交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置19。
[0019]泵浦光調(diào)制裝置2可采用光調(diào)制器或者斬波器，泵浦光分光裝置3和探測(cè)光分光裝置15可采用分光片或者分光棱鏡，泵浦光功率探測(cè)裝置4和探測(cè)光功率探測(cè)裝置16可采用功率計(jì)或者功率探測(cè)器，泵浦光會(huì)聚裝置5、探測(cè)光第一會(huì)聚裝置10和探測(cè)光第二會(huì)聚裝置13可采用聚焦透鏡，合束裝置6可采用雙色鏡或者分光片，探測(cè)光角度調(diào)整裝置11可采用高反射鏡，分束裝置12可采用分光片或者分光棱鏡，探測(cè)光濾光裝置14可采用濾光片，交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置19可采用鎖相放大器。
[0020]由泵浦光源I發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光調(diào)制裝置2后，其光強(qiáng)受到調(diào)制，調(diào)制后的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光分光裝置3被分為兩束，其中一束進(jìn)入到泵浦光功率探測(cè)裝置4，用于對(duì)泵浦光的功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另一束則由泵浦光會(huì)聚裝置5聚焦并經(jīng)過(guò)合束裝置6后照射到被測(cè)食用油樣品池7內(nèi)，用于激發(fā)光熱效應(yīng)，經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品池7的剩余的泵浦光束由泵浦光吸收裝置8吸收。
[0021]由探測(cè)光源9發(fā)出的探測(cè)光束依次經(jīng)過(guò)探測(cè)光第一會(huì)聚裝置10、探測(cè)光角度調(diào)整裝置11和合束裝置6后，也照射到被測(cè)食用油樣品池7內(nèi)，與泵浦光照射的區(qū)域重合，透過(guò)被測(cè)食用油樣品池7的探測(cè)光束依次經(jīng)過(guò)分束裝置12、探測(cè)光第二會(huì)聚裝置13，再經(jīng)過(guò)探測(cè)光濾光裝置14濾掉除探測(cè)光以外的其它波段的雜散光，經(jīng)過(guò)探測(cè)光濾光裝置14的探測(cè)光束由探測(cè)光分光裝置15分為兩束，其中一束進(jìn)入到探測(cè)光功率探測(cè)裝置16，用于對(duì)探測(cè)光的功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另一束則經(jīng)過(guò)空間濾波器17后由光電探測(cè)器18進(jìn)行探測(cè)，光電探測(cè)器18將探測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，輸入交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置19進(jìn)行檢測(cè)，再經(jīng)過(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理，得到被測(cè)食用油樣品的吸收光譜。
[0022]本發(fā)明的工作原理:
將一束較強(qiáng)的泵浦光經(jīng)過(guò)調(diào)制后照射到被測(cè)食用油樣品池7內(nèi)與被測(cè)食用油樣品相互作用，被測(cè)食用油樣品由于吸收泵浦光能量而導(dǎo)致局部溫度升高，從而引起被測(cè)食用油樣品的局部物理特性發(fā)生改變，這種現(xiàn)象也稱為光熱效應(yīng)。光熱效應(yīng)與被測(cè)食用油樣品的光吸收率的大小是相關(guān)的，吸收越大，光熱效應(yīng)也就越顯著。再將一束較弱的探測(cè)光經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品中泵浦光的照射區(qū)域，由于泵浦光在該區(qū)域激發(fā)產(chǎn)生的光熱效應(yīng)，經(jīng)過(guò)該區(qū)域的探測(cè)光束的傳播特性會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生新增的會(huì)聚或發(fā)散效應(yīng)。探測(cè)光束傳播特性的變化可以通過(guò)設(shè)置在從被測(cè)食用油樣品池7出射的探測(cè)光路上的空間濾波器17和光電探測(cè)器18來(lái)檢測(cè)得到。空間濾波器17允許部分探測(cè)光能量進(jìn)入光電探測(cè)器18，由于光熱效應(yīng)引起探測(cè)光產(chǎn)生新增的會(huì)聚或發(fā)散，這樣經(jīng)過(guò)空間濾波器17進(jìn)入到光電探測(cè)器18的探測(cè)光能量就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，由于探測(cè)光束傳播特性的變化量往往比較小，甚至小于探測(cè)光束本身的噪聲波動(dòng)，因此一般需要利用交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，常用的交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置有鎖相放大器等，采用鎖相放大器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將對(duì)泵浦激光光束進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制的調(diào)制信號(hào)頻率作為鎖相放大器的參考信號(hào)頻率，這樣可以大大抑制探測(cè)光束本身的噪聲以及外部環(huán)境噪聲等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，達(dá)到很高的檢測(cè)靈敏度；調(diào)制信號(hào)的頻率不宜過(guò)高，這樣可以消除被測(cè)食用油樣品本身熱物理特性對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
[0023]在檢測(cè)條件不變的情況下，光電探測(cè)器18所檢測(cè)到的探測(cè)光信號(hào)只與被測(cè)食用油樣品本身在泵浦光波段的吸收特性有關(guān)，因此，光電探測(cè)器18所檢測(cè)到的探測(cè)光信號(hào)的大小直接反映被測(cè)食用油樣品的光吸收率的大小。光電探測(cè)器18輸出的電信號(hào)比較微弱，利用鎖相檢測(cè)技術(shù)將其進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)定標(biāo)處理后就可以轉(zhuǎn)化成被測(cè)食用油樣品的光吸收率信息。改變泵浦光的波長(zhǎng)，重復(fù)以上的檢測(cè)過(guò)程，就可以獲得被測(cè)食用油樣品在不同波長(zhǎng)下的光吸收率的大小，從而獲得被測(cè)食用油樣品的光熱吸收光譜。因?yàn)椴煌焚|(zhì)的食用油的成分及含量不一樣，因此它們的光熱吸收光譜也各不相同，通過(guò)對(duì)被測(cè)食用油樣品的光熱吸收光譜進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，可以對(duì)它們進(jìn)行分類鑒別。
[0024]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對(duì)泵浦光源輸出的泵浦光束的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，并將經(jīng)過(guò)調(diào)制的泵浦光束聚焦后照射到被測(cè)食用油樣品上，食用油樣品因?yàn)槲毡闷止饽芰慷鹁植繙囟壬撸? (2)將探測(cè)光源輸出的探測(cè)光束聚焦后也照射到被測(cè)食用油樣品上，與泵浦光束的照射區(qū)域重合； (3)采用光電探測(cè)器對(duì)從被測(cè)食用油樣品出射的探測(cè)光束進(jìn)行探測(cè)，光電探測(cè)器將探測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，輸入交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，獲得探測(cè)光束的傳播特性在經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品時(shí)的變化量； (4)根據(jù)探測(cè)光束的傳播特性在經(jīng)過(guò)被測(cè)食用油樣品時(shí)的變化量，得到被測(cè)食用油樣品對(duì)泵浦光的吸收特性； (5)改變泵浦光的波長(zhǎng)，重復(fù)上述步驟，得到被測(cè)食用油樣品對(duì)不同波長(zhǎng)泵浦光的吸收特性，獲得被測(cè)食用油樣品的吸收光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，從被測(cè)食用油樣品出射的探測(cè)光束經(jīng)由探測(cè)光會(huì)聚裝置、探測(cè)光濾光裝置和空間濾波器后，再進(jìn)入光電探測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置選用鎖相放大器。
4.一種基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，其特征在于:包括分別與被測(cè)食用油樣品池通過(guò)合束裝置光路連接的泵浦光源和探測(cè)光源以及分別與被測(cè)食用油樣品池通過(guò)分束裝置光路連接的泵浦光吸收裝置和光電探測(cè)器，所述泵浦光源與合束裝置之間依次設(shè)有泵浦光調(diào)制裝置和泵浦光會(huì)聚裝置，所述探測(cè)光源與合束裝置之間設(shè)有探測(cè)光第一會(huì)聚裝置，所述分束裝置與光電探測(cè)器之間依次設(shè)有探測(cè)光第二會(huì)聚裝置、探測(cè)光濾光裝置和空間濾波器；所述光電探測(cè)器的輸出端與交流弱信號(hào)檢測(cè)裝置的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，其特征在于:所述探測(cè)光第一會(huì)聚裝置與合束裝置之間設(shè)有探測(cè)光角度調(diào)整裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，其特征在于:所述泵浦光調(diào)制裝置與泵浦光會(huì)聚裝置之間設(shè)有泵浦光分光裝置，所述泵浦光分光裝置的反射光路上設(shè)有泵浦光功率探測(cè)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光熱吸收光譜技術(shù)的食用油檢測(cè)裝置，其特征在于:所述探測(cè)光濾光裝置與空間濾波器之間設(shè)有探測(cè)光分光裝置，所述探測(cè)光分光裝置的反射光路上設(shè)有探測(cè)光功率探測(cè)裝置。
【文檔編號(hào)】G01N21/39GK103712949SQ201310730480
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】陳堅(jiān), 吳令奇, 吳周令 申請(qǐng)人:無(wú)錫利弗莫爾儀器有限公司