專利名稱：：果蔬維生素c含量的光譜快速無損檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用光譜分析技術(shù)快速無損檢測的裝置。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著水果、蔬菜產(chǎn)量的不斷增加和人們生活水平的不斷提高，消費者在選購果蔬時對果蔬的內(nèi)部品質(zhì)指標的要求越來越高，而維生素c作為一種重要的營養(yǎng)成分，無疑是消費者挑選果蔬時的主要參考指標。而目前對果蔬維生素c的測定常以破壞性化學(xué)分析或使用昂貴的實驗儀器分析為主，常見檢測果蔬維生素C的方法主要有2，6-二氯靛酚滴定法通過藍色的2,6-二氯靛酚溶液對含維生素C的果蔬樣品酸性溶液進行氧化還原滴定，開始時2,6-二氯靛酚藍色溶液被還原為無色，當達到滴定終點時，多余的2，6-二氯靛酚藍色溶液在酸性介質(zhì)中呈現(xiàn)淺紅色，由2,6-二氯靛酚溶液用量計算樣品中還原型維生素C的含量。2,6-二氯靛酚滴定法雖然是我國水果、蔬菜維生素C含量測定的國家標準方法(GB/T6195-1986)，但是測量過程需要進行水果打漿、定容、過濾、滴定、標定等處理，測量結(jié)果受人為因素影響比較大，檢測速度慢，檢測效率低，而且需要購買昂貴的化學(xué)試劑，檢測成本高。2,4-二硝基苯肼法總抗壞血酸包括還原型、脫氫型和二酮古樂糖酸，通過活性炭將水果樣品中還原型抗壞血酸(維生素C)氧化為脫氫抗壞血酸，再與2,4-二硝基苯肼作用生成紅色脎，根據(jù)脎在硫酸溶液中的含量與總抗壞血酸含量成正比，進行比色定量。2,4-二硝基苯肼法雖然是我國蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸測定的國家標準方法(GB/T12392-1990)，但是測量過程需要進行水果打漿、定容、過濾、水浴、比色、繪制曲線等處理，測量結(jié)果受人為因素影響比較大，檢測速度慢，檢測效率低，而且需要購買昂貴的化學(xué)試劑，檢測成本高。高效液相色譜法由高效液相色譜儀對果蔬果汁樣品進行分析，果蔬樣品中的維生素C經(jīng)草酸溶液迅速提取后，在反相色譜柱上分離測定。高效液相色譜法雖然是我國食品、飼料中多種成分含量測定的國家標準方法(例如GB/T19861-2005:食品中蘇丹紅染料的檢測方法；GB/T17817-1999:飼料中維生素A的測定方法)，但是測量過程需要打漿、定容、過濾、色譜分析等處理，并且得配備高效液相色譜儀、紫外檢測器、積分儀等設(shè)備，因此此方法操作復(fù)雜，使用的儀器昂貴，檢測成本高，檢測周期長。
實用新型內(nèi)容為了克服上述檢測方法所存在的各種缺陷，本實用新型提供了一種用光譜分析技術(shù)快速無損檢測水果、蔬菜維生素c含量的裝置。此裝置不僅能實現(xiàn)快速無損檢測果蔬維生素c的含量，而且不需要對樣品進行化學(xué)預(yù)處理，不需要購買昂貴的化學(xué)試劑。從檢測結(jié)果來看，本實用新型可以對果蔬維生素c含量進行快速、無損、有效和簡便的檢測。果蔬維生素c含量的光譜快速無損檢測裝置是根據(jù)維生素c的含量與可見光和近紅外漫反射光譜之間的數(shù)學(xué)相關(guān)性理論建立的無損檢測方法設(shè)計的，無損檢測方法包括以下歩驟(1)樣品采集收集果蔬中有代表性的樣品，盡量包括今后實際分析中所要求的樣品化學(xué)性質(zhì)；(2)建模樣品集選擇從有代表性的樣品中選擇濃度范圍較廣的樣品作為數(shù)學(xué)建模的樣品集；(3)建模樣品光譜采集果蔬表面經(jīng)簡單處理后，每個樣品在赤道部位每隔120度采集一次光譜，取三次光譜求平均；(4)參考化學(xué)值測定應(yīng)用國家標準測定方法對已采集的果蔬樣品進行內(nèi)部品質(zhì)維生素C含量的測定；(5)數(shù)學(xué)模型建立使用化學(xué)計量學(xué)中的多元校正方法，建立被測果蔬樣品中維生素C含量與吸收光譜之間的數(shù)學(xué)模型；(6)校正模型驗證取已知果蔬維生素C含量的樣品，在相同條件下，測定其吸收光譜，根據(jù)已建立的校正數(shù)學(xué)模型計算驗證集中果蔬樣品的維生素C含量，要求驗證誤差小于10%;(7)未知樣品預(yù)測掃描未知樣品光譜后，用己建數(shù)學(xué)模型及其光譜對果蔬樣品維生素C含量進行預(yù)測比較。(8)確立校正后的數(shù)學(xué)模型。(9)對待測樣品進行光譜測定。(10)將測得的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入確定的數(shù)學(xué)模型。(11)得到維生素c的含量。根據(jù)上述方案建立的檢測裝置中具有光纖探頭，在光纖探頭內(nèi)具有光源，光纖探頭裝在可移動的安裝架上，在光纖探頭上裝有手柄，手柄與光源照射到果蔬上光線的俯視角為45度，手柄內(nèi)裝有接受反射光的的光纖傳輸線，光纖傳輸線與光譜儀連接，光譜儀通過數(shù)據(jù)電纜線與具有光譜處理軟件的計算機連接，所述光源、光譜儀和計算機經(jīng)配套電源線與外接電源連接。光譜的采集范圍為350-1800nm,屬可見光和近紅外光譜區(qū)，光源采用50W鹵鎢燈。近紅外光譜(NearInfraredSpectrosc叩y，NIRS)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁波，按照美國試驗和材料協(xié)會(ASTM)定義的近紅外光譜區(qū)的波長范圍為780-2526nmU2820-3959cnf')。近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團X-H(X=C、N、0)振動的倍頻和合頻吸收，不同基團(如甲基、亞甲基、苯環(huán)等)或同一基團在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別，近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳氫有機物質(zhì)的組成與性質(zhì)測量?？梢姽夥秶墓庾V特征能反映水果樣品的色澤、形狀、質(zhì)感等視覺特征?？梢姽夂徒t外漫反射光譜的本質(zhì)特征為快速無損檢測果蔬維生素C含量奠定了理論基礎(chǔ)。將己知維生素C化學(xué)測量值的果蔬樣品與其可見光和近紅外漫反射光譜進行相關(guān)性數(shù)學(xué)建模，經(jīng)過模型適應(yīng)性及可靠性驗證后，只要測得未知果蔬樣品的可見光和近紅外漫反射光譜，將光譜導(dǎo)入至所建數(shù)學(xué)模型，就可以實現(xiàn)快速無損檢測水果樣品維生素C含量的檢測目的。本實用新型的測試過程是固定好果蔬、光源、光纖及光譜儀的相對位置，光源照射在光纖探頭支撐的果蔬表面，經(jīng)果蔬內(nèi)部反射和散射，由光纖傳輸至光譜儀中的檢測器，采集到果蔬樣品的光譜圖像，再通過光譜處理軟件轉(zhuǎn)換成光譜基本數(shù)據(jù)，將測得的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入由化學(xué)計量學(xué)軟件中多元校正方法將水果維生素C的化學(xué)測量值和光譜基本數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)后建立的數(shù)學(xué)模型，最后得到樣品的維生素C含量。適合光譜快速無損檢測果蔬維生素C含量的水果可以為蜜桔、臍橙、蘋果、梨、草莓等,蔬菜可以為黃瓜、茄子、西紅柿、芋頭、土豆、蘿卜、絲瓜等。本實用新型與
背景技術(shù)：
相比較具有的有益效果是(1)分析速度快，光譜測定過程可在l秒鐘內(nèi)完成；(2)果蔬樣品不需預(yù)處理，達到無損測量；(3)具有較髙的精確度，減少人為誤差；(4)分析結(jié)果準確度逼近標準方法，可以同時測定多種成分與指標；(5)不霈化學(xué)試劑，不需昂貴的儀器，降低了檢測成本，不污染環(huán)境；(6)儀器組成簡單，自動化程度高，測試技術(shù)便于一般技術(shù)人員掌握。圖1是本實用新型果蔬維生素C含量的光譜快速無損檢測裝置圖2是本實用新型所依據(jù)理論建模和檢測的流程圖3是南豐蜜桔三種不同品種的典型建模樣品原始平均光譜曲線圖4是90個南豐蜜桔建模樣品校正與內(nèi)部完全交互驗證模型散點圖5是20個南豐蜜桔外部預(yù)測散點圖。具體實施方式以南豐蜜桔水果樣品為例進一步說明光譜分析技術(shù)快速無損檢測維生素C含量的裝置。對南豐蜜桔三種不同品種(江西省市山鎮(zhèn)小果系、江西省市山鎮(zhèn)大果系、江西省波羅鎮(zhèn)小果系)用如圖1所示的檢測裝置進行檢測。從江西省市山鎮(zhèn)、波羅鎮(zhèn)采摘到成熟期的南豐蜜桔三個品種共20個，并且保證這些水果樣品表面及內(nèi)部沒有明顯缺陷。如圖1將密桔1放在光纖探頭3的橡皮墊圈2上，在光纖探頭中具有光源4，為50W卣鎢燈，光纖探頭裝在可移動的安裝架5上，在光纖探頭手柄內(nèi)裝有接受反射光的光纖傳輸線6，采用美國ASD公司的標準反射探頭，光纖傳輸線與光譜儀7連接，光譜儀采用美國ASD公司的QualitySpecpro光譜儀，光譜儀通過數(shù)據(jù)電纜線8與具有光譜處理軟件的計算機9連接，光譜采集及數(shù)據(jù)處理軟件是挪威CAMO公司的UnscramblerV9.5，光譜儀中的檢測器為硅檢測器(350-1000nm)和銦鎵砷檢測器(1000-1800nm)。對20個蜜桔經(jīng)化學(xué)測量和光譜測量得到的維生素C的值列表1中。表l:20個未知樣品預(yù)測值與化學(xué)參考值數(shù)值對照<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1顯示了各個樣品測得的光譜預(yù)測值和化學(xué)參考值，兩者之間的差異符合了數(shù)學(xué)模型的驗證均方誤差為1.6248mg/100g。權(quán)利要求1、果蔬維生素C含量的光譜快速無損檢測裝置，其特征在于檢測裝置中具有光纖探頭，在光纖探頭內(nèi)具有光源，光纖探頭裝在可移動的安裝架上，在光纖探頭上裝有手柄，手柄與光源照射到果蔬上光線的俯視角為45度，手柄內(nèi)裝有接受反射光的的光纖傳輸線，光纖傳輸線與光譜儀連接，光譜儀通過數(shù)據(jù)電纜線與具有光譜處理軟件的計算機連接，所述光源、光譜儀和計算機經(jīng)配套電源線與外接電源連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬維生素C含量的光譜快速無損檢測裝置，其特征在于采用的光譜區(qū)間范圍為350-1800nm。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的果蔬維生素C含量的光譜快速無損檢測裝置，其特征在于光源釆用50W鹵鎢燈。專利摘要本實用新型為果蔬維生素C含量的光譜快速無損檢測裝置，涉及一種應(yīng)用可見光和近紅外漫反射光譜分析技術(shù)快速無損檢測水果、蔬菜維生素C含量的裝置，目前采用破壞性檢測，檢測速度慢、效率低、成本高，本實用新型采用的檢測裝置是根據(jù)果蔬的維生素C含量與反射和漫反射光譜之間的數(shù)學(xué)關(guān)系建立的數(shù)學(xué)模型設(shè)計的，裝置中具有果蔬架，照射果蔬樣品的光源，接受反射光的光纖連線，光纖連線將光源和光譜儀連接，光譜儀通過數(shù)據(jù)電纜線與具有光譜處理軟件的計算機連接，本實用新型具有檢測速度快，檢測精度高，人為誤差小，不需化學(xué)試劑，不污染環(huán)境，檢測成本低的有益效果。文檔編號G01N21/31GK201072405SQ200720154829公開日2008年6月11日申請日期2007年7月16日優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日發(fā)明者劉燕德,周培聰,孫旭東,文建萍,歐陽愛國,蔣育華,饒洪輝申請人:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)