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?。但是，近年來，一些不法?jīng)營(yíng)者為了謀取暴利，使用地溝油等劣質(zhì)油來冒充合格的食用油。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?，摻假的食用油里面，往往重金屬、毒?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)后樣品無法再利用。常見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)量透過樣品的光的強(qiáng)度的變化，再根據(jù)朗伯比爾(Lambert-Beer)定律來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?，因此其吸收峰的大小各不相同。另外，常見的地溝油主要來源?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，透過被測(cè)食用油樣品池7的探測(cè)光束依次經(jīng)過分束裝置12、探測(cè)光第二會(huì)聚裝置13，再經(jīng)過探測(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來檢測(cè)得到?？臻g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:無錫利弗莫爾儀器有限公司