基于拉曼散射的食品安全檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于食品安全檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉曼散射的食品安全檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)光照射試樣時，根據(jù)散射光的頻率與入射光是否相同可以將散射現(xiàn)象分為瑞利散射和拉曼散射。拉曼散射光譜屬于分子振動-轉(zhuǎn)動光譜，它是源于試樣分子的振動和轉(zhuǎn)動能級，對拉曼散射光譜的研宄可以直接獲得分子結(jié)構(gòu)的信息，從而對物質(zhì)進行分析。就拉曼光譜本身而言，具有分辨率高，積分時間短，重現(xiàn)率好等特點，又因為其譜峰清晰尖銳，且譜峰強度與被檢測物質(zhì)呈良好的正相關(guān)關(guān)系，因此可以利用拉曼光譜實現(xiàn)對蔬菜水果表皮中農(nóng)藥與化肥如銅、汞、磷等離子進行的精確定量檢測和分析。目前的食品安全檢測設(shè)備由于測試過程復(fù)雜，所需儀器設(shè)備多樣而無法在家庭中普及使用。
[0003]農(nóng)藥可以用來殺滅昆蟲、真菌等可以危害作物生長的生物，從而使用農(nóng)藥可以促進作物的生長發(fā)育。但由于在作物生長過程中過量使用農(nóng)藥與化肥，并且在食用前并未完全清洗掉，使得被人食用的蔬菜水果表面有很多農(nóng)藥化肥的殘留。而殘留的農(nóng)藥與化肥可能引起人體急性或慢性的中毒，并會對人體的心臟、神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等產(chǎn)生很大的危害。長期食用有農(nóng)藥化肥殘留的蔬菜水果可能會導(dǎo)致人體免疫系統(tǒng)的癱瘓，對人體內(nèi)臟器官造成很大損傷，甚至引發(fā)癌變。
[0004]由于農(nóng)藥化肥的殘留會對人體造成很大的危害，因此對農(nóng)藥化肥殘留量的檢測時是十分有必要的。而目前普遍使用的檢測方法由于需要的儀器設(shè)備與化學(xué)試劑較多，因此無法將檢測裝置與方法普及，實現(xiàn)在家庭中進行檢測。
[0005]本發(fā)明是基于拉曼光譜分析的食品安全檢測的新技術(shù)，該技術(shù)可以為食品如蔬菜水果農(nóng)藥化肥含量的檢測和確定提供依據(jù)，有效鑒定食品安全，維護人民飲食，身體健康，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種基于拉曼光譜分析的便攜食品安全檢測裝置及方法。
[0007]本發(fā)明提出的基于拉曼光譜分析的便攜食品安全檢測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光源產(chǎn)生系統(tǒng)、濾光系統(tǒng)(也稱光信號處理系統(tǒng))、樣品濃度測量系統(tǒng)(也稱光電信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng))以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；其中，所述光源產(chǎn)生系統(tǒng)將固定波長的激光(可以是但不局限于785nm)，經(jīng)過檢測探頭照射到浸泡過蔬菜、水果的溶液表面，由樣品溶液返回的散射光經(jīng)由檢測探頭送至濾光系統(tǒng)；所述濾光系統(tǒng)是一種類似于光柵的濾光裝置，該濾光裝置可以通過能夠表征某一物質(zhì)的特定波長的散射光(如在農(nóng)藥殘留溶液中對應(yīng)于磷離子散射峰或者汞離子散射峰的散射光)，而濾除其他波長的散射光，并不對入射光及散射光分別處理，特定波長的散射光由樣品濃度測量系統(tǒng)接收；所述樣品濃度測量系統(tǒng)采用電荷耦合元件，經(jīng)由濾光裝置處理的單一的特定波長的散射光信號被電荷耦合元件采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電信號；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集到的數(shù)字電信號進行處理，得出相對應(yīng)的物質(zhì)含量。
[0008]本發(fā)明中，所述樣品濃度測量系統(tǒng)可以但不局限為CCD成像模塊。
[0009]本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對電信號進行處理，得到相應(yīng)物質(zhì)的濃度值；整個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可集成在芯片中，因此結(jié)構(gòu)小巧易于攜帶。
[0010]本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在使用前先針對每一種被測物質(zhì)測定一系列參數(shù)值，得到拉曼峰強度與該物質(zhì)濃度的函數(shù)關(guān)系，建立關(guān)聯(lián)模型，進而對農(nóng)藥化肥殘留溶液進行檢測。
[0011]本發(fā)明提供的基于拉曼光譜分析的食品安全檢測方法，具體步驟如下:
步驟A、選取一組已知活性濃度的檢測樣品(如磷離子、銅離子、汞離子等物質(zhì))作為校準集，測出其拉曼散射光譜的拉曼峰強度，建立該物質(zhì)濃度與拉曼散射峰強度之間的定量數(shù)學(xué)模型，也稱校準模型；
步驟B、再取另一組已知濃度的該物質(zhì)作為預(yù)測集，將預(yù)測樣品的拉曼光譜代入校準模型，得到樣品的預(yù)測值，用預(yù)測值和實際樣品活性濃度之間的相關(guān)系數(shù)和相對標(biāo)準偏差來衡量所建校準模型的可靠程度，對校準模型不斷進行訓(xùn)練得到相關(guān)度最優(yōu)的該種物質(zhì)的強度一濃度關(guān)聯(lián)模型，并將每種檢測物質(zhì)的關(guān)聯(lián)模型存儲在裝置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；
步驟C、選定相應(yīng)的光信號處理系統(tǒng)的濾光參數(shù)以及強度一濃度關(guān)聯(lián)模型，進行某項指標(biāo)的檢測；
步驟D、檢測完一項指標(biāo)后，如需檢測另外一種物質(zhì)，可以更換事先已經(jīng)制作好的光學(xué)處理零件，即濾光部分，從而實現(xiàn)檢測功能的多樣化。
[0012]本發(fā)明步驟A中，通過大量對同一物質(zhì)不同活性濃度樣品的拉曼散射光譜分析，得到能夠表征其濃度的特定拉曼峰，并建立相應(yīng)的計算模型。
[0013]本發(fā)明步驟A或步驟B中，分析物質(zhì)活性濃度和拉曼峰強度以及建立計算模型可以但不局限于使用偏最小二乘回歸法(PLSR)進行分析，從而得到拉曼峰強度與物質(zhì)濃度的關(guān)系O
[0014]本發(fā)明步驟A中，通過大量實驗得到與該物質(zhì)活性濃度相關(guān)的拉曼峰之后，由該拉曼峰的拉曼位移或所對應(yīng)的散射光線波長決定光信號處理系統(tǒng)(濾光系統(tǒng))篩選散射光線的相關(guān)參數(shù)數(shù)。
[0015]本發(fā)明應(yīng)用拉曼光譜分析的方法對目標(biāo)物質(zhì)的含量進行探測和鑒定。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益的效果是:
(一)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，光信號處理系統(tǒng)僅需針對某一散射光進行處理，并且無需光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在很大范圍內(nèi)的光譜上進行掃描而采集和處理多個信號，因此裝置體積小，便于隨身攜帶以及普通家庭的使用；
(二)本發(fā)明可以通過更換光信號處理系統(tǒng)(可以但不局限于更換篩選不同波長散射光線的濾光鏡)來檢測不同的物質(zhì)，因此可以很方便的根據(jù)人們的需要進行不同物質(zhì)的檢測，從而實現(xiàn)實際使用中的多功能檢測化肥農(nóng)藥成分；
(三)本發(fā)明所基于的是拉曼散射光譜分析的原理，在測試過程中無需消耗品，因此大大降低了檢測成本，便于人們多次檢測。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的便攜醫(yī)療檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018]圖3為本發(fā)明在實施例1的測試步驟流程圖。
[0019]圖中標(biāo)號:1為檢測對象，使用時為蔬菜水果洗滌液樣品，2為濾光系統(tǒng)，3為樣品濃度測量系統(tǒng)，4為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；5為光源產(chǎn)生系統(tǒng)，包括供電、顯示等附加模塊。
【具體實施方式】
[0020]下文結(jié)合附圖和實施例進一步具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明提供優(yōu)選實施例，但不應(yīng)該被認為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了方便說明，對待測樣品溶液和具體設(shè)備中元器件的尺寸進行了理想化處理，所示大小并不代表實際尺寸。
[0021]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中，檢測對象1，具體使用時可為蔬菜、水果的洗滌溶液；濾光系統(tǒng)2，可