用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀的制作方法
【專利摘要】用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀屬于糧食檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。本儀器包括測(cè)量探頭、光學(xué)系統(tǒng)、控制計(jì)算機(jī)及液晶顯示面板組成，控制計(jì)算機(jī)經(jīng)傳輸線分別與液晶顯示面板和檢測(cè)器連接，可運(yùn)用該儀器分析待測(cè)稻谷樣本。本實(shí)用新型采用便攜式光源和光纖探頭，省去了積分球和樣品室等系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，適合于顆粒狀物料的無(wú)損、在線檢測(cè)分析，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、分析效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于糧食檢測(cè)設(shè)備，具體的說(shuō)是一種利用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)、分析霉菌指標(biāo)的便攜式專用近紅外稻谷品質(zhì)檢測(cè)分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002]稻谷是我國(guó)的主要糧食作物之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其品質(zhì)優(yōu)劣越來(lái)越受到人們的關(guān)注。由于貯藏條件的影響，稻谷品質(zhì)會(huì)下降，滋生一些有毒有害微生物，比如青霉、灰綠曲霉、黃曲霉等，甚至?xí)a(chǎn)生對(duì)人體危害很大的黃曲霉毒素，對(duì)消費(fèi)者健康帶來(lái)潛在危害，同時(shí)對(duì)糧食安全產(chǎn)生重要影響。稻谷中霉菌和毒素快速、無(wú)損檢測(cè)日益受到科研院所、質(zhì)檢部門(mén)、國(guó)有大型糧庫(kù)以及糧食加工企業(yè)等單位的重視，如何快速、無(wú)損、準(zhǔn)確檢測(cè)稻谷中霉菌和毒素一直是該領(lǐng)域工作者亟待解決的問(wèn)題。
[0003]眾所周知，自20世紀(jì)80年代以來(lái)近紅外光譜技術(shù)因其與常規(guī)生物和化學(xué)分析方法相比無(wú)需任何預(yù)處理，分析速度快、無(wú)污染，所以在糧食品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，為分析復(fù)雜樣品提供了可能。由于近紅外在現(xiàn)場(chǎng)及在線分析領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛，近紅外分析儀不斷向?qū)Ｓ没?、小型化、固態(tài)化、模塊化和快速實(shí)時(shí)方向發(fā)展。專利公開(kāi)第201177600號(hào)公開(kāi)了一種便攜式近紅外檢測(cè)器。該實(shí)用新型包括光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、樣品室以及檢測(cè)器等器件，該儀器樣品室包括載物臺(tái)和積分球，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合在線和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。專利公開(kāi)第103353438號(hào)公開(kāi)了一種近紅外谷物成分分析儀。包括樣品室、近紅外光路系統(tǒng)、透射光收集系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)以及控制模塊等結(jié)構(gòu)。專利公開(kāi)第101055245號(hào)公開(kāi)了一種便攜式大豆品質(zhì)檢測(cè)近紅外光譜儀。該儀器包括光源、采樣系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、信號(hào)采集、單片機(jī)和上位機(jī)組成，其中采樣系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)樣品室和步進(jìn)電機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合在線和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
[0004]上述現(xiàn)有專利技術(shù)針對(duì)特定物料品質(zhì)檢測(cè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的近紅外分析儀，存在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、加工難度大等問(wèn)題，簡(jiǎn)化儀器結(jié)構(gòu)，提高分析速度是近紅外分析儀設(shè)計(jì)亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)方便、分析效率高、適用于現(xiàn)場(chǎng)及在線檢測(cè)的目的。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn):
[0007]用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，所述分析儀由測(cè)量探頭、光學(xué)系統(tǒng)、控制計(jì)算機(jī)及液晶顯示面板組成；所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源、分光系統(tǒng)和檢測(cè)器組成，控制計(jì)算機(jī)包括A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，測(cè)量探頭與光源連接，光源與分光系統(tǒng)連接，檢測(cè)器與分光系統(tǒng)連接，控制計(jì)算機(jī)經(jīng)傳輸線分別與檢測(cè)器和液晶顯示面板連接。
[0008]本實(shí)用新型的特點(diǎn)是將樣品室改為光纖探頭，光源采用便攜式光源，從而簡(jiǎn)化了儀器整體體積和尺寸，以降低便攜式光譜分析儀的加工難度，提出的光纖探頭結(jié)構(gòu)適合于稻谷等顆粒狀物料現(xiàn)場(chǎng)和在線檢測(cè)。本實(shí)用新型通過(guò)微處理器分析稻谷中霉菌指標(biāo)，光纖探頭和便攜式環(huán)形光源體現(xiàn)出本申請(qǐng)?jiān)O(shè)備便攜式的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中件號(hào)說(shuō)明:1、光源 2、測(cè)量探頭 3、分光系統(tǒng) 4、檢測(cè)器 5、A/D轉(zhuǎn)換器
6、微處理器7、液晶顯示面板8、光學(xué)系統(tǒng)9、控制計(jì)算機(jī)

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型最佳實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0012]一種用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，所述分析儀由測(cè)量探頭2、光學(xué)系統(tǒng)8、控制計(jì)算機(jī)9及液晶顯示面板7組成；所述光學(xué)系統(tǒng)8包括光源1、分光系統(tǒng)3和檢測(cè)器4組成，控制計(jì)算機(jī)9包括A/D轉(zhuǎn)換器5和微處理器6，所述A/D轉(zhuǎn)換器5與微處理器6連接，測(cè)量探頭2與光源I連接，光源I與分光系統(tǒng)3連接，檢測(cè)器4與分光系統(tǒng)3連接，控制計(jì)算機(jī)9經(jīng)傳輸線分別與檢測(cè)器4和液晶顯示面板7連接。
[0013]光源I為便攜式環(huán)形光源。
[0014]測(cè)量探頭2為光纖探頭。
[0015]檢測(cè)器4采用InGaAs陣列檢測(cè)器。
[0016]本實(shí)用新型工作時(shí)，將測(cè)量探頭2與待測(cè)物料接觸，攜帶樣品信息的漫反射光由測(cè)量探頭2收集后送至分光系統(tǒng)3，經(jīng)分光后由檢測(cè)器4將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換后傳送至微處理器6，得出吸收光譜數(shù)據(jù)，并顯示其光譜圖，直接得到檢測(cè)分析結(jié)果。
[0017]本實(shí)用新型測(cè)試時(shí)，選用稻谷為原料，掃描光譜并直接得到分析結(jié)果。取30個(gè)待測(cè)的稻谷樣本。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)-霉菌和酵母計(jì)數(shù)方法測(cè)定稻谷中霉菌菌落總數(shù)。在掃描前自然陰干至稻谷水分穩(wěn)定在10% -14% ;在25°C下開(kāi)啟用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，預(yù)熱30min，將光纖探頭與稻谷籽粒接觸；采用漫反射模式采集光譜，光譜掃描范圍IlOOnm?2500nm，掃描次數(shù)64次，分辨率8CHT1，樣品重復(fù)掃描3次，有效平衡了樣品分布不均勻，顆粒大小和形狀發(fā)生變化等客觀條件下出射光譜數(shù)據(jù)的差異，得到更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。取平均值作為樣本的近紅外光譜數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果，利用嵌入的數(shù)學(xué)模型，對(duì)30個(gè)稻谷樣品的霉菌菌落總數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，考察已有數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)健性以及儀器檢測(cè)效果。測(cè)量值、化學(xué)值及殘差結(jié)果見(jiàn)表I。
[0018]表1:霉菌菌落總數(shù)定量分析模型外部驗(yàn)證結(jié)果
[0019] 序號(hào)測(cè)量值化學(xué)值殘差
1480570 ^
2490392 98
337003078 622
421003451 -1351
5700909 -209
6630825 -195
78101260 -450
8130007098 5902
929003600 -700
1017001290 410
1122003706 -1506
12730906 -176
131200017023 -5023
1443005615 -1315
151300010190 2810
1614001830 -430
1716002921 -1321
186600099001 -33001
199400065020 28980
201100015031 -4031
2148006509 -1709
2248003650 1150
23480000320030 159970
2437.00071427 -34427
253200064462 -32462
2681009300 -1200
27570010332 -4632
288000070849 9151
2999000151849 -52849_30_71000_97416_-26416_
[0020]由表I可知，模型驗(yàn)證測(cè)量值與化學(xué)值的驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)為0.947，預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差RMSEP為33963，殘差平均值為18。由上述結(jié)果可知，本實(shí)用新型的用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀檢測(cè)結(jié)果優(yōu)良，測(cè)量結(jié)果與相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量值高度相近，完全可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的應(yīng)用要求，同時(shí)更具有定標(biāo)不再需要提供樣本化學(xué)值的優(yōu)點(diǎn)，由于該實(shí)用新型嵌入了已有數(shù)學(xué)模型，故不需要建模，可以節(jié)約人力，物力和時(shí)間資源，大大提高了分析效率。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，其特征是:所述分析儀由測(cè)量探頭(2)、光學(xué)系統(tǒng)(8)、控制計(jì)算機(jī)(9)及液晶顯示面板(7)組成；所述光學(xué)系統(tǒng)(8)包括光源(I)、分光系統(tǒng)(3)和檢測(cè)器(4)組成，控制計(jì)算機(jī)(9)包括A/D轉(zhuǎn)換器(5)和微處理器￠)，所述A/D轉(zhuǎn)換器(5)與微處理器(6)連接，測(cè)量探頭(2)與光源(I)連接，光源(I)與分光系統(tǒng)(3)連接，檢測(cè)器(4)與分光系統(tǒng)(3)連接，控制計(jì)算機(jī)(9)經(jīng)傳輸線分別與檢測(cè)器(4)和液晶顯示面板(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，其特征在于:光源(I)為便攜式環(huán)形光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，其特征在于:測(cè)量探頭(2)為光纖探頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)貯藏稻谷中霉菌指標(biāo)的便攜式近紅外光譜分析儀，其特征在于:檢測(cè)器(4)采用InGaAs陣列檢測(cè)器。
【文檔編號(hào)】G01N21/359GK204008454SQ201420456381
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】鄭先哲, 張強(qiáng), 劉成海, 孫井坤 申請(qǐng)人:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)