專利名稱：利用組合光學詢問方法和裝置監(jiān)測炸油質(zhì)量的制作方法
利用組合光學詢問方法和裝置監(jiān)測炸油質(zhì)量
背景技術(shù)：
當油(如食用油、炸油、脂肪、起酥油等)暴露于高溫時，特別是在存在氧氣和/或 水的情況下，會發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導致油質(zhì)劣化。因此，常常在飯店廚房監(jiān)測油質(zhì)，以確定 油是否仍然適合使用。過去曾使用若干個不同參數(shù)來評價油質(zhì)。常用來評價油質(zhì)的一個參數(shù)是油中的總極性化合物含量。例如，Onwumere等人在 美國專利7，132,079中公開了一種根據(jù)油中極性化合物的存在情況確定是否棄用油樣的 方法。例如，Mittal等人在美國專利5，818，731中公開了一種用于測量油質(zhì)的方法和裝置。 該方法部分地包括對測量電容與基準電容進行比較，以及將兩者的變化與油中極性分子組 分的含量增加相關(guān)聯(lián)。常用來評價油質(zhì)的另一個參數(shù)是油中的游離脂肪酸含量。例如，Mlinar和 Neumayer在美國專利4，654，309中公開了一種用于測試液體中游離脂肪酸含量的制品。游 離脂肪酸本身可以構(gòu)成油樣中總極性化合物含量的一部分，或可以為在總極性化合物含量 測試中可測的此類化合物的前體。因此，游離脂肪酸測試和總極性化合物測試可能不是完 全獨立的。然而，這兩種測試在本領(lǐng)域中都已經(jīng)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開了用于評價油(如食用油或炸油)的質(zhì)量的方法和裝置。該方法可根 據(jù)油中的游離脂肪酸含量和/或油中的總極性化合物含量來指示油質(zhì)。由于在一個測試 (例如使用單個詢問裝置和取樣基板)中提供此類一個或多個指示，相比進行兩次單獨的 測試，該方法會既簡便又經(jīng)濟，并且能夠更方便可靠地確定油質(zhì)。該方法還具有不需要從待評價油源中取出大樣品的優(yōu)點，并且該方法也不需要將 這種裝置臨時插入油中或永久置于油中。該方法的優(yōu)點還包括基于本文所述光學數(shù)據(jù)的定量測量使用光學詢問裝置指示 油質(zhì)，從而可以改進依賴主觀測量(如目測)的方法。該方法使用取樣基板和詢問裝置。取樣基板具有光學性質(zhì)隨油中游離脂肪酸含量 變化的至少一個第一測試區(qū)和光學性質(zhì)隨油中總極性化合物含量變化的至少一個第二測 試區(qū)。在一個實施例中，提供了多個第一測試區(qū)，并且詢問裝置包括用來詢問多個第一測試 區(qū)并且從中接收信號的裝置。在一個實施例中，提供了多個第二測試區(qū)，并且詢問裝置包括 用來詢問多個第二測試區(qū)并且從中接收信號的裝置。詢問裝置可以被構(gòu)造為根據(jù)從至少一個第一測試區(qū)接收到的信號提供以油中游 離脂肪酸含量表示的油質(zhì)指示，并且根據(jù)從至少一個第二測試區(qū)接收到的信號提供以油中 總極性化合物含量表示的油質(zhì)指示。在一個實施例中，隨油中游離脂肪酸含量變化的第一測試區(qū)的光學性質(zhì)為吸收/ 反射性質(zhì)。在具體實施例中，光學性質(zhì)為反射性。在一個實施例中，通過在第一測試區(qū)中提 供酸堿指示劑來達到此目的。在一個實施例中，隨油中總極性化合物含量變化的第二測試區(qū)的光學性質(zhì)為熒光性。本文所公開的方法可根據(jù)游離脂肪酸和/或總極性化合物的含量(如濃度)提供 油質(zhì)指示。指示可為游離脂肪酸和/或總極性化合物的濃度的實際數(shù)值；或者其可為不直 接等于實際數(shù)值但與該值相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，該參數(shù)讓使用者可確定油質(zhì)，例如確定油是否仍 適合使用?？商峁┗谟坞x脂肪酸含量和總極性化合物含量的單獨油質(zhì)指示；或者可提供 基于游離脂肪酸含量和總極性化合物含量的單個指示。因此在一個方面，本文公開了以光學方式監(jiān)測油樣的多個參數(shù)的方法，該方法包 括以下步驟提供吸油的取樣基板；其中取樣基板包括具有隨油的第一參數(shù)變化的第一光 學特性的多個第一測試區(qū)，以及具有隨油的第二參數(shù)變化的第二光學特性的至少一個第二 測試區(qū)；讓油接觸取樣基板，使得油樣接觸每個第一測試區(qū)的至少一部分和至少一個第二 測試區(qū)的至少一部分；用第一光學方法詢問第一測試區(qū)，以從第一測試區(qū)接收一組第一信 號；將來自第一測試區(qū)的這組第一信號組合成組合信號；將組合信號與油的第一參數(shù)相關(guān) 聯(lián)；用第二光學方法詢問至少一個第二測試區(qū)，以接收第二信號，其中第二光學方法不同于 第一光學方法；以及將第二信號與油的第二參數(shù)相關(guān)聯(lián)。在具體方面，詢問第一測試區(qū)包括測量反射率。在另一個具體方面，詢問至少一個第二測試區(qū)包括測量熒光。本文在另一個方面公開了用于測量油樣的至少兩個參數(shù)的系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括吸 油的取樣基板，其中取樣基板包括具有隨油的第一參數(shù)變化的第一光學特性的多個第一測 試區(qū)，以及具有隨油的第二參數(shù)變化的第二光學特性的至少一個第二測試區(qū)；以及光學詢 問裝置，其中詢問裝置包括通過第一光學機制詢問取樣基板的每個第一測試區(qū)并且從中接 收一組第一信號的裝置，以及通過不同的第二光學機制詢問取樣基板的至少一個第二測試 區(qū)并且從中接收第二信號的裝置，其中詢問裝置還包括將來自第一測試區(qū)的這組第一信號 組合成組合信號的裝置，以及將組合信號與油的第一參數(shù)相關(guān)聯(lián)的裝置；并且其中詢問裝 置還包括將第二信號與液體樣品的第二參數(shù)相關(guān)聯(lián)的裝置。


圖Ia為示例性取樣基板的俯視平面圖。圖Ib為示例性取樣基板的側(cè)視剖面圖。圖2為示例性光學詢問裝置的示意透視圖。圖3為示例性光學詢問裝置的一部分的仰視平面圖。圖4為光源、光電檢測器和取樣基板的示例性布置的側(cè)視剖面圖。圖5為光學詢問裝置的一個實施例的框圖。圖6為具有各種游離脂肪酸濃度的油樣的取樣基板的光學反射率的圖線。圖7為具有各種游離脂肪酸濃度的油樣的取樣基板的光學反射率的圖線。圖8為具有各種游離脂肪酸濃度的油樣的取樣基板的光學反射率的圖線。圖9為具有各種游離脂肪酸濃度的油樣的取樣基板的光學反射率的圖線。圖10為光電檢測器在各種條件下對于來自取樣基板的反射光的響應(yīng)圖線。圖11為具有各種總極性化合物濃度的油樣的取樣基板的熒光的圖線。除非具體指出，否則附圖和圖中的元件均未按比例繪制。在附圖中，始終使用類似
5的附圖標記來表示類似的結(jié)構(gòu)。盡管在本公開中可能使用了像“頂部”、“底部”、“上面”、“下 面”、“上方”、“下方”、“前面”、“后面”、“第一”和“第二”等術(shù)語，但是應(yīng)該理解這些術(shù)語僅在 它們相對的含義下使用。
具體實施例方式本文公開了用于評價食用油(通常也稱為例如炸油、植物油、起酥油、牛油、油脂 等)質(zhì)量的方法和裝置。該方法使用取樣基板1(如使用后可以丟棄的條帶)和詢問裝置 30。參照圖Ia和lb，取樣基板1由多孔的吸油材料5構(gòu)成。在此上下文中，術(shù)語“吸 油”是指該材料能夠?qū)⒂臀攵嗫撞牧蟽?nèi)部(例如能夠被油潤濕和/或滲透)。在多個實 施例中，材料5包括紙張、無紡布、開孔泡沫、織造織物等。取樣基板1包括光學性質(zhì)隨油樣的游離脂肪酸含量變化的至少一個第一測試區(qū) 10。在一個實施例中，提供了多個第一測試區(qū)10a、10b等，如圖Ia和Ib中的示例性構(gòu)造所 示。在一個實施例中，光學性質(zhì)為反射性，下文將進一步說明。在一個實施例中，第一測試區(qū)10的光學性質(zhì)通過第一測試區(qū)10內(nèi)存在的酸堿指 示劑對油中游離脂肪酸的存在情況做出響應(yīng)。指示劑可以包括能夠提供顏色變化(因而能 夠顯示在一個或多個波長下改變的光學反射率)以響應(yīng)pH值變化的任何分子或分子組合。 合適的指示劑包括(例如)間甲酚紫、中性紅、百里酚藍、苯酚紅和甲酚紅。在一個實施例中，第一測試區(qū)10還包含堿性化合物，其可以為任何有機或無機 堿性化合物，包括(例如)碳酸鈉、碳酸氫鈉等。每個第一測試區(qū)10中的堿性化合物含 量可以變化，并且可以選擇特定的含量以允許特定測試區(qū)對給定量的酸做出響應(yīng)。因此 在圖Ia和Ib的示例性構(gòu)造中，可在不同的第一測試區(qū)10a、10b、10c和IOd中提供不同 含量的堿。例如在該構(gòu)造中，第一測試區(qū)IOa可以與第一測試區(qū)IOb響應(yīng)不同含量的游 離脂肪酸(或者換句話說，測試區(qū)IOa和IOb可以對相同含量的游離脂肪酸做出不同響 應(yīng))等等。這樣，便可提供對寬泛范圍內(nèi)的游離脂肪酸濃度做出響應(yīng)的取樣基板1。在多 個實施例中，可以使用至少兩個、三個、四個或五個測試區(qū)10。在多個實施例中，可以使用 對包含(例如)約0. -0.5%游離脂肪酸、0.5% -1.0%游離脂肪酸、1.0% -1.5%游 離脂肪酸、1. 5% -2. 0%游離脂肪酸、2. 0% -2. 5%游離脂肪酸、2. 5% -3. 5%游離脂肪酸、 3. 5% -5. 0%游離脂肪酸或5. 0% -7. 0%游離脂肪酸的油做出響應(yīng)的測試區(qū)。如果需要，可 以提供一個或多個額外的測試區(qū)，這些測試區(qū)與另一個測試區(qū)(即對相同含量的游離脂肪 酸做出相似響應(yīng)的測試區(qū))包含相似(或相同)含量的堿。例如，如果希望系統(tǒng)具有余量， 則可以使用這種構(gòu)造。在一個實施例中，第一測試區(qū)10還包含能夠增溶酸堿指示劑和堿性化合物的非 揮發(fā)性PH中性濕潤劑。合適的濕潤劑包括(例如)二羥基脂族聚乙二醇化合物，例如可以 商品名 Carbowax 200ΛCarbowax 400ΛCarbowax 600 禾口 Carbowax 1500 得自 Dow Chemical 的產(chǎn)品。不受理論或機理的限制，假定第一測試區(qū)10顯示光學反射率隨油樣中游離脂肪 酸含量變化的能力是由于以下事實當油樣接觸指示劑/堿/濕潤劑混合物時，油樣中可 能存在的一些或全部酸性組分可以分裂成指示劑/堿/濕潤劑混合物并且影響其酸堿指示劑，使得酸堿指示劑顯示改變的光學吸收/反射性質(zhì)。在本文中應(yīng)指出，指示劑/堿/濕潤 劑混合物可以形成或可以不形成真實的水溶液(取決于例如系統(tǒng)內(nèi)可能存在的外來水的 含量)，因為所需要的是酸堿指示劑的存在條件使其能夠?qū)λ嵝越M分的存在做出響應(yīng)。在一個實施例中，在取樣基板1上形成至少一個第一測試區(qū)10的方法為混合濕 潤劑、堿性化合物和酸堿指示劑(以及可任選的揮發(fā)性溶劑，如水或有機溶劑)，以提供浸 漬劑混合物；用浸漬劑混合物浸漬取樣基板1的所選區(qū)域(如通過涂布、浸漬等)，使得浸 漬劑混合物滲透(滲嵌)到取樣基板1的多孔材料5的內(nèi)部；然后干燥取樣基板1(如果需 要的話)?？梢允褂枚鄠€第一測試區(qū)10，這些測試區(qū)可以包括不連續(xù)的區(qū)(即它們可以被不 是第一測試區(qū)10的區(qū)域20物理分隔)。例如，如果使用多個區(qū)(例如，堿性化合物濃度不 同的區(qū))，將各自浸漬劑混合物遷移(例如通過橫向芯吸穿過取樣基板1的多孔材料5)的 可能性降至最低從而使彼此相遇可能是有用的。因此在一個實施例中，浸漬劑混合物沉積 為相隔足夠遠，以在其間留出不含浸漬劑材料的區(qū)域20。在另一個實施例中，(在用浸漬劑混合物浸漬取樣基板1之前)可對取樣基板1的 所選一個或多個區(qū)域20的至少一部分21進行處理，以最大限度減少或防止浸漬劑混合物 遷移?？蓪θ踊?的表面和/或取樣基板1的內(nèi)部(即施加到構(gòu)成基板1的多孔材料 5的空隙表面)施加此類阻隔處理，阻隔處理可以包括(例如)以用于減小多孔材料5的表 面能(即潤濕性)的方式進行的等離子處理、氣相沉積等。在具體的實施例中，阻隔處理包括將阻隔材料前體沉積(如涂布)到取樣基板1 的一個或全部兩個主表面上并且使沉積的阻隔材料保持在其上。在一個實施例中，阻隔材 料前體滲入取樣基板材料5的多孔內(nèi)部空間，并且涂布在其內(nèi)表面上。在多個實施例中，合 適的阻隔材料包括(在沉積和硬化后)具有非常低的表面能(例如小于30達因/厘米、小 于25達因/厘米或小于20達因/厘米)的那些材料。合適的材料包括硅樹脂、氟代硅氧 烷等等。這種低表面能阻隔處理可以在特定位置21 (例如，如圖Ia和Ib所示的示例性構(gòu) 造中的，其定義一個或多個第一測試區(qū)10的邊界)進行。這種阻隔處理可以用于將浸漬劑 混合物在浸漬過程中和之后從其所需位置遷移出的可能性最小化。該處理還可以使測試過 程中油樣從一個測試區(qū)(如IOa)向附近的測試區(qū)(如IOb)遷移的可能性最小化，這種遷 移會影響測試結(jié)果。因此在一個實施例中，本文所公開的方法包括處理基板的至少一個區(qū)域以形成阻 隔區(qū)21，從而在基板上保留至少一個未處理區(qū)。然后可在一個或多個未處理區(qū)的至少一部 分上沉積浸漬劑溶液，從而形成至少一個第一測試區(qū)10。在一個實施例中，基板的至少兩 個區(qū)域被處理以形成阻隔區(qū)21，從而在這兩個區(qū)域之間保留未處理區(qū)。然后可在阻隔區(qū)21 之間的未處理區(qū)的至少一部分上沉積浸漬劑溶液，從而形成至少一個測試區(qū)10。在一個實 施例中，進行上述過程之后，至少一個區(qū)域既未經(jīng)過阻隔處理的處理，又未被浸漬劑溶液浸 漬。Mlinar和Neumayer在美國專利4，654，309中進一步詳細描述了制備取樣基板 1 (例如，具有包含酸/堿指示劑、堿性化合物和濕潤劑的測試區(qū)的取樣基板)的方法。因此概括地說，在取樣基板1上設(shè)置了至少一個第一測試區(qū)10和不是第一測試區(qū)10 (即不含指示劑/堿/濕潤劑混合物)的至少一個區(qū)域20。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的區(qū) 域20可用作第二測試區(qū)20，其可以用來進行有關(guān)油樣中總極性化合物含量的測試。也就是 說，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一個或多個第二測試區(qū)20可吸油，使得油中的總極性化合物含量可 改變?nèi)踊宓臒晒庑?，從而為油中總極性化合物含量的可用測試提供基礎(chǔ)。不受理論或機理的限制，在這樣的一個或多個區(qū)域20中油可充分滲透取樣基板1 的多孔材料5，以便從所吸收的油中獲得有用的熒光信號，這一情況可能是有利的。例如，如 果油只能停留在基板外表面的薄膜內(nèi)(當油無法進入基板的多孔內(nèi)部和/或當阻隔涂層完 全充滿基板內(nèi)部時可能出現(xiàn)的情況)，第二測試區(qū)20上存在的大部分油樣可能以基板外表 面上的層的形式存在。因為是這樣的層，所以油可能不會提供足夠的可詢問熒光信號，和/ 或油層厚度可能異常多變(取決于基板保持的角度、基板讓油流動的時間、油的溫度和/或 粘度等)，以至于可能無法獲得可靠的可復(fù)制信號?？赏ㄟ^若干種方法中的任一種提供至少一個第二測試區(qū)20的熒光。在一個實施 例中，在第二測試區(qū)20中提供了熒光指示劑。此類指示劑可為其熒光對極性化合物的存在 情況靈敏的任何分子?？梢酝ㄟ^固定(如粘合)到多孔支承體材料5、阻隔材料(如有)等 上來提供此類指示劑?；蛘呖梢詫晒庵甘咎砑觿┨砑拥接蜆颖旧碇小＠?，可以將少量 熒光指示添加劑加入(例如攪拌進)油樣中。在可供選擇的方法中，可以將此類熒光指示 添加劑設(shè)置在第二測試區(qū)，但不固定或附著。因此，當油樣接觸第二測試區(qū)時，熒光指示添 加劑可以釋放和/或溶解到油中。在一個實施例中，第二測試區(qū)20中不設(shè)置熒光指示劑，油樣中也不添加熒光指示 劑。因此，在這種情況下，可從油本身和/或從存在于油中的極性化合物和/或通過油和/ 或極性化合物與基板的多孔材料的相互作用來獲得熒光信號。因此，在這種情況下，熒光信 號包括自體熒光，而不是測量來自熒光指示劑的熒光信號。可存在至少一個第二測試區(qū)20作為單個區(qū)或多個區(qū)(如圖Ia和Ib的示例性實 施例所示的)。如果存在多個區(qū)，這些區(qū)可以是不連續(xù)的(例如彼此通過(如)第一測試區(qū) 10分隔開)。或者，多個測試區(qū)20可包括取樣基板1的鄰接區(qū)域(即可在較大鄰接區(qū)域內(nèi) 的不同區(qū)進行詢問)。如果存在多個測試區(qū)20，并非必須詢問所有測試區(qū)20，而是取決于所 用詢問裝置的具體設(shè)計(下文將對此進行詳細討論)?？梢远喾N構(gòu)型制備取樣基板1。例如，盡管取樣基板1的一種實用構(gòu)型是矩形條 帶，并且在本文中術(shù)語“條帶”可以結(jié)合取樣基板1使用，但應(yīng)當理解，取樣基板1可具有任 何實用的形狀或構(gòu)型，例如正方形、圓形等。在一個實施例中，取樣基板1可被構(gòu)造為基板 的前后主表面對稱。在這種情況下，可將油樣施加在基板的任何一個或全部兩個主表面上， 和/或可將基板設(shè)置為基板的主表面之一面向裝置30，以對測試區(qū)10和20進行光學詢問。取樣基板1還可包含下文將討論的基準區(qū)，并且還可包含一個或多個標記(即通 過(例如)印刷或激光打標獲得的特征物)。這種標記可以被使用者目測到，和/或可以被 詢問裝置30檢測到(下文將進行詳細描述)。當使用者設(shè)置(即對齊)取樣基板1相對于 詢問裝置30的位置，使得可詢問第一測試區(qū)10時，這種標記可能有利于使用者目測取樣基 板1的位置?；蛘?，這種標記是機器可讀的，使得詢問裝置30可利用其就取樣基板1相對 于詢問裝置30的正確定位向使用者提供反饋。此類特征可以允許裝置30的使用者或裝置30本身檢測取樣基板何時相對于裝置30是不正確定位的，例如上下顛倒或倒著。(在某些實施例中，可能不必需要這些特征；例 如，在基板主表面對稱的實施例中，可能不必需要表示“前”或“后”的特征。)使用者或裝 置還可以利用此類特征來確認具體取樣基板1與裝置30是否相容，以便(例如)確認具體 取樣基板1的設(shè)計和/或制造符合規(guī)范、公差等，從而使取樣基板可以與裝置30令人滿意 地配合使用。本文所公開的方法涉及讓油樣接觸取樣基板1，使得油樣接觸測試區(qū)10和一個或 多個測試區(qū)20中的一些或所有的至少一部分(可以通過將取樣基板1浸入油中、將油樣沉 積到基板上等方式實現(xiàn))，然后詢問至少一個第一測試區(qū)10的光學吸收/反射性質(zhì)和至少 一個第二測試區(qū)20的熒光性。首先，就第一測試區(qū)10而言，由于存在酸堿指示劑，測試區(qū)10可以根據(jù)油樣中的 游離脂肪酸含量顯示不同的光學吸收/反射性質(zhì)。這種光學吸收/反射性質(zhì)包括與以下 事實有關(guān)的任何可測量性質(zhì)當材料接收入射光時，一些光可以被吸收，一些光可以被返回 (如反射)，一些光可以被透射。任何這種可觀察到的性質(zhì)都可以在本文所公開的方法和裝 置中使用(即進行測量)。在一個實施例中，所使用的具體量度為反射率。在其他實施例 中，所使用的具體量度為吸收率或透射率。因此概括地說，所進行的光學詢問操作涉及將光線導向至少一個第一測試區(qū)10 以及測量來自該測試區(qū)的反射光。通過光學詢問裝置30進行光學詢問，該裝置的示例性設(shè) 計在圖2示出。此類裝置的一個功能是產(chǎn)生用于導向測試區(qū)10以測試反射率的光。因此， 參照圖3，裝置30包括至少一個光源31，其用于將光線導向取樣基板1的至少一個第一測 試區(qū)10。在一個實施例中，裝置30的光源31的數(shù)量少于取樣基板1的測試區(qū)10的數(shù)量 (在具體的實施例中，使用一個光源31)。在該實施例中，使用至少一個光源31將光線導向 不止一個第一測試區(qū)10。這可通過使用公用光源將光線同時導向多個測試區(qū)10來實現(xiàn)。 或者也可通過將光線從一個光源31依次導向多個測試區(qū)10 (例如通過使光源31和取樣基 板10彼此相對移動)來實現(xiàn)。在替代實施例中，利用多個光源31將光線導向多個第一測試區(qū)10。在具體實施 例中，使用相同數(shù)量的光源31和測試區(qū)10。例如，在圖1和圖3所示的示例性設(shè)計中，裝 置30包括四個光源31a、31b、31c和31d，取樣基板1包括四個測試區(qū)10a、IObUOc和IOd0 在一個實施例中，光源31的空間布置使其對應(yīng)于測試區(qū)10的空間布置(即光源31和測試 區(qū)10對齊，使得光線可從光源31導向?qū)?yīng)測試區(qū)10，而不必使取樣基板1和裝置30相對 于彼此移動)。例如，第一測試區(qū)10可以布置成具有給定中心至中心間距的線性模式，并且 將光源31布置成相同模式。光源31可被構(gòu)造為全部同時或幾乎同時工作，或者其被構(gòu)造 為依次工作。光源31可以包括多種光源中的任一種，包括燈泡(如白熾燈)等。在一個實施例 中，光源31包括在本方法中會尤其有利的發(fā)光二極管(LED)。在多個實施例中，可使用在特 定波長范圍(如綠、藍、紅、紅外等)內(nèi)發(fā)光的LED。在具體實施例中，使用白色LED(即所發(fā) 出的輻射波長至少覆蓋可見光譜相當大一部分的LED)?？墒褂玫囊粋€示例性LED是以商品 名 RL5-W5020 得自 Super Bright LEDs (St. Louis,Missouri)的產(chǎn)品。在其他構(gòu)型中，可使 用不同波長的LED作為詢問不同測試區(qū)的光源。參照圖3，裝置30還包括至少一個光電檢測器32，用于測量至少一個第一測試區(qū)
910的反射光。在一個實施例中，裝置30的光電檢測器32的數(shù)量少于取樣基板1的第一測 試區(qū)10的數(shù)量(在具體實施例中，使用一個光電檢測器32)。在該實施例中，詢問測試區(qū)涉 及使用一個光電檢測器測量來自不止一個第一測試區(qū)10的光。這可通過(例如)依次測 量來自各個測試區(qū)10的光來實現(xiàn)。在替代實施例中，布置了多個光電檢測器32，以接收從多個第一測試區(qū)10反射的 光。在具體實施例中，使用相同數(shù)量的光電檢測器32和測試區(qū)10。例如，在圖1和圖4所 示的示例性設(shè)計中，裝置30包括四個光電檢測器32a、32b、32c和32d，取樣基板1包括四個 測試區(qū)10a、10b、10c和10d。在一個實施例中，光電檢測器32的空間布置使其對應(yīng)于第一 測試區(qū)10的空間布置(例如使得在取樣基板1和裝置30不必相對于彼此移動的情況下光 電檢測器32可以接收光)。光電檢測器32可以包括能夠測量入射光子數(shù)量的多種裝置中的任一種，包括(例 如)光電倍增管、光伏電池、電耦裝置等。光電檢測器32用于提供信號(如電壓)，該信號 與檢測到的光子的數(shù)量成比例(例如與從測試區(qū)10接收的反射光的強度成比例)，并且可 以被裝置30進一步處理。在一個實施例中，光電檢測器32包括光電二極管。在多個實施例 中，光電檢測器32可被構(gòu)造為檢測相對較窄波長范圍內(nèi)的特定光(例如上面提及的綠光、 藍光、紅光或紅外光波長范圍)；或者，光電檢測器32也可被構(gòu)造為檢測相對較寬波長范圍 內(nèi)的光。在具體實施例中，光電檢測器32包括被構(gòu)造為檢測可見光譜的相當大范圍內(nèi)的光 的光電二極管，例如檢測在約400nm至約SOOnm波長范圍內(nèi)的光。在具體實施例中，選擇可 被光電檢測器32檢測到的光的波長，使其覆蓋與光源31發(fā)出的光基本相同的范圍。可使用 的一種示例性光電檢測器是以商品名S9345得自Hamamatsu Photonics (Hamamatsu City, Japan)的光電二極管。在一個實施例中，裝置30包括至少一對匹配的光源31和光電檢測器32，二者被構(gòu) 造為能夠通過反射率光學詢問基板1上的至少一個第二測試區(qū)20。光源/光電檢測器對 31/32應(yīng)被構(gòu)造為能夠以足夠的信號強度、精度等詢問給定的第一測試區(qū)10。因此，光源31 可設(shè)置在裝置30內(nèi)，以便能夠設(shè)置在靠近第一測試區(qū)10的位置處，使得光源31的輸出光 的至少一部分可以導向第一測試區(qū)10。參照圖3和圖4，在一個實施例中，光源31設(shè)置在 裝置30的上蓋33的后面，上蓋33包括在光源31上方的透光部分34 (可以為上蓋33上的 洞)，使得光源31發(fā)出的光可以導向第一測試區(qū)10。光電檢測器32可設(shè)置在裝置30內(nèi)，以便能夠使用光源31接收第一測試區(qū)10的 反射信號，從而將光導向第一測試區(qū)10。例如，如圖3和圖4的示例性設(shè)計所示，將光電檢 測器32設(shè)置為緊靠光源31可能是有利的。在多個實施例中，光電檢測器32可以設(shè)置在距 離光源31至多約5mm、IOmm或15mm處。另外，將光源31和光電檢測器32安裝在公用印刷 電路板38上可能是有利的，這樣可以使得光源31和光電檢測器32具有大致共平面的構(gòu)造 (如圖4所示)。在這種情況下，光電檢測器32也可以設(shè)置在裝置30的上蓋33的后面，上 蓋33包括在光電檢測器32上方的透光部分35 (可以為上蓋33上的洞)，使得第一測試區(qū) 10的反射光的至少一部分可以被光電檢測器32檢測到。 在多個實施例中，光源31、光電檢測器32和/或透光部分34和/或35可以被構(gòu)造 為最有效地將光源31的光導向第一測試區(qū)10，并且通過光電檢測器32收集來自第一測試 區(qū)的反射光，同時最大限度減少入射到光電檢測器32上的環(huán)境光(或來自相鄰光源的光)。因此，在光電檢測器32被設(shè)置為鄰近光源31并且相對于光源31與第一測試區(qū)10之間的 直接通路略微偏軸的示例性構(gòu)造中(例如如圖4所示)，透光部分35可呈一定角度(如圖 4所示)，或者可制備成略大于光電檢測器32的光敏表面(例如如圖3所示)，以免阻擋本 來會到達光電檢測器32的光的任何部分。類似地，如果需要，透光部分34可采用同樣的構(gòu)造。透光部分34和/或35可在基本上整個可見光譜內(nèi)光學透明?；蛘?，部分34/35 中的一者或全部兩者可包括濾光器，從而在允許所需波長的光通過的同時阻擋不需要的波 長的光。除了因波長而異之外，此類濾光器還可因角度而異(例如，為了阻擋環(huán)境光)。因此概括地說，光源/光電檢測器對31/32可以被構(gòu)造為使得在將裝置30相對于 取樣基板1正確定位之后，光源31發(fā)出的光的至少一部分可入射到第一測試區(qū)10，并且第 一測試區(qū)10反射的光的至少一部分可被光電檢測器32檢測到。光源31發(fā)出的光的全部 或甚至相當大一部分不必導向第一測試區(qū)10。同樣，光電檢測器32不必捕集第一測試區(qū) 10反射的光的全部或甚至相當大一部分。需要的只是有足夠的光從光源31導向第一測試 區(qū)10，并且有足夠的來自第一測試區(qū)的反射光被光電檢測器32測量到，使得光電檢測器32 可生成信號，并且按本文所述的方式處理信號。如上所述，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，第二測試區(qū)20可用于測試油樣中的總極性化合物含 量。因此，除了進行上述反射率測量之外，還要進行涉及將光導向至少一個第二測試區(qū)20 并且測量該測試區(qū)發(fā)出的熒光的光學詢問操作。具體來講，對一個或多個測試區(qū)20的光學 詢問(借助熒光)是通過用于對測試區(qū)10進行光學詢問(借助反射)的相同光學詢問裝 置30來進行的。因此，參照圖3，裝置30包括用于將光導向取樣基板1的至少一個測試區(qū) 20的至少一個光源41，以及用于測量從該至少一個測試區(qū)20發(fā)出的熒光的至少一個光電 檢測器42?？稍儐栆粋€測試區(qū)20，也可詢問多個測試區(qū)20。如果詢問多個測試區(qū)20，可使用 多個光源41和/或光電檢測器42，其布置方式類似于之前結(jié)合反射率詢問中使用的光源 31和光電檢測器32描述的可能布置方式。在一個具體實施例中，結(jié)合光源31和光電檢測 器32對該至少一個光源41和該至少一個光電檢測器42進行空間布置，使得光源31和光 電檢測器32對應(yīng)于第一測試區(qū)10的空間布置，并且一個或多個光源41和一個或多個光電 檢測器42對應(yīng)于一個或多個第二測試區(qū)20的空間布置。例如，在圖1和圖3所示的示例 性布置中，裝置30包括四個用于反射率詢問的光源31a、31b、31c和31d，以及一個用于熒光 詢問的光源41。取樣基板1具有接收來自光源31的光的四個測試區(qū)10a、10b、IOc和10d， 以及接收來自光源41的光的一個第二測試區(qū)20。因此在一個實施例中，光源31和41的空 間布置對應(yīng)于測試區(qū)10和20的空間布置，使得取樣基板1和裝置30不必相對于彼此移動 即可將光導向所有第一測試區(qū)10和至少一個第二測試區(qū)20。一個或多個光源41可被構(gòu)造 為與光源31同時或幾乎同時工作；或者，一個或多個光源41也可被構(gòu)造為在光源31不工 作時工作。光源41可以包括多種光源中的任一種，例如之前結(jié)合光源31描述的類型。當用 于熒光詢問時，可能有利的是光源41發(fā)出的光的波長范圍較窄?？梢酝ㄟ^使用(例如)發(fā) 出較窄波長范圍光的LED來實現(xiàn)此目的。也可以通過使用譜帶較寬的光源來實現(xiàn)，但在將 光導向測試區(qū)20之前，需要使用濾光器縮小波長范圍。
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如上所述，裝置30還包括至少一個光電檢測器42，用于測量第二測試區(qū)20發(fā)出的 熒光。如果要詢問多個測試區(qū)20，可使用單個光電檢測器，或者可以多種構(gòu)型使用多個光電 檢測器，類似于結(jié)合用于檢測反射率的光電檢測器32所描述的那樣。光電檢測器42可以 包括能夠測量入射光子數(shù)量的多種裝置中的任一種，包括之前結(jié)合光電檢測器32描述的 那些。同樣，如上所述，可對光電檢測器42進行選擇或構(gòu)造，以檢測波長范圍相對較窄的特 定光。這種能力在借助熒光進行詢問時可能特別有用；例如，可用于使光電檢測器42檢測 第二測試區(qū)20發(fā)出的某些波長范圍內(nèi)的熒光，而不檢測第二測試區(qū)20反射的不同波長范 圍內(nèi)的光，并且不檢測不同波長范圍內(nèi)的環(huán)境光，如此等等。在一個實施例中，光源41和光電檢測器42包括匹配的對，該匹配的對被構(gòu)造為 能夠借助熒光對基板1上的至少一個第二測試區(qū)20進行光學詢問。光源/光電檢測器對 41/42應(yīng)被構(gòu)造為能夠以足夠的信號強度、精度等詢問給定的第二測試區(qū)20，并且來自環(huán) 境光、反射光等的干擾最小。光源41可設(shè)置在裝置30內(nèi)，以便能夠設(shè)置在靠近第二測試區(qū) 20的位置處，使得光源41的輸出光的至少一部分可以導向第二測試區(qū)20。參照圖3和圖 4，在一個實施例中，光源41設(shè)置在裝置30的上蓋33的后面，上蓋33包括在光源41上方 的透光部分44，使得光源41發(fā)出的光可以導向第二測試區(qū)20。光電檢測器42可設(shè)置在裝置30內(nèi)，以便能夠使用光源41接收第二測試區(qū)20發(fā) 出的熒光信號，從而將光導向第二測試區(qū)20。在裝置30內(nèi)，光電檢測器42可設(shè)置在靠近光 源41的位置處，以大體方式在圖3中示出。在一個實施例中，光電檢測器42設(shè)置在裝置30 的上蓋33的后面，上蓋33包括在光電檢測器42上方的透光部分45，使得第二測試區(qū)20發(fā) 出的熒光的至少一部分可以被光電檢測器42檢測到。透光部分45可以像透光部分35 (如 圖4所示)那樣呈一定角度，或者可以制備成略大于光電檢測器42的光敏表面(例如如圖 3所示)，以免阻擋本來會到達光電檢測器42的所發(fā)出熒光的任何部分，同時又最大限度減 少到達光電檢測器42的環(huán)境光。類似地，如果需要，光源41上方的透光部分44可采用同 樣的構(gòu)造?？赡苡杏玫氖?，將裝置30構(gòu)造為使得光電檢測器42接收的第二測試區(qū)20發(fā)出的 熒光量最大化，同時使得光電檢測器42接收的第二測試區(qū)20反射的光量最小化?？梢酝ㄟ^ 若干種方式來實現(xiàn)此目的。例如，如本文已經(jīng)提出的那樣，光源41和光電檢測器42中的任 一者或全部兩者可(分別)發(fā)出/檢測相當窄波長范圍內(nèi)的光。例如，光源41可以發(fā)出以 約480nm為中心的相對較窄譜帶范圍內(nèi)的光。光電檢測器42可以檢測以約520nm為中心 的相對較窄譜帶范圍內(nèi)的光。因此，第二測試區(qū)20發(fā)出的波長約520nm的熒光可以被光電 檢測器42檢測到，而測試區(qū)20反射的波長約480nm的光則不會被光電檢測器42檢測到。 通過在光源41上方設(shè)置透光部分44和/或在光電檢測器42上方設(shè)置透光部分45 (其只 能透射所需波長范圍內(nèi)的光)，也可實現(xiàn)這種基于波長的濾波。例如，可以使用只允許某一 波長的光通過的濾光器，該濾光器可以包括薄膜、涂層等，例如為帶通濾光器、單色濾光器、 二向色濾光器、二向色反射器等?；蛘?，可使用長通濾光器和短通濾光器的組合來產(chǎn)生類似 效果。除了因波長而異之外，此類濾光器還可因角度而異，例如，為了阻擋環(huán)境光。也可以通過光源41和光電檢測器42的物理布置最大化所檢測到的發(fā)出的熒光， 同時最小化所檢測到的環(huán)境光和/或反射光。因此，雖然如圖3大致示出的那樣被構(gòu)造為 大致共面的構(gòu)型，但光源41和光電檢測器42可以具有一定角度的構(gòu)型設(shè)置在裝置30上。在本領(lǐng)域中已知可以具有多種此類構(gòu)型。也可以利用共聚焦原理構(gòu)造光源和光電檢測器， 從而相對于反射光和/或環(huán)境光最大化檢測到的熒光量。因此概括地說，光源/光電檢測器對41/42可以被構(gòu)造為在相對于取樣基板1正 確定位裝置30之后，光源41發(fā)出的光的至少一部分可入射到第二測試區(qū)20，從而導致第二 測試區(qū)20發(fā)出熒光，并且第二測試區(qū)20發(fā)出的熒光中的至少一部分可被光電檢測器42檢 測到。光源41發(fā)出的光的全部或甚至相當大一部分不必導向第二測試區(qū)20。同樣，光電檢 測器42不必捕集第二測試區(qū)20發(fā)出的熒光的全部或甚至相當大一部分。需要的只是有足 夠的光從光源41導向第二測試區(qū)20，并且該測試區(qū)發(fā)出的足夠的熒光由光電檢測器42進 行測量，同時來自反射光和/或環(huán)境光的干擾足夠小，從而可由光電檢測器42生成信號，并 且按本文所述的方式處理信號。本文所公開的裝置和方法可以允許使用最小的空間和最低的花費借助反射和熒 光準確地進行光學詢問，因為這些裝置和方法最大限度地減少了對諸如光纖電纜、透鏡陣 列、濾光輪等部件的使用。具體地講，本文所公開的裝置和方法可以制備可能很少需要或不 需要移動部件的裝置30。本文所公開的此類裝置30可能比分光光度計、光密度計、分光熒 光計等裝置便宜得多。在一個實施例(如圖1和圖3所示)中，裝置30包括光源/光電檢測器的匹配 對31a/32a、31b/32b等，這些匹配對的空間布置使得匹配對31a/32a、31b/32b等可與第一 測試區(qū)10a、10b等正確對齊。裝置30還包括至少一個光源/光電檢測器的匹配對41/42， 該匹配對可在光源/光電檢測器對31/32與第一測試區(qū)10正確對齊的同時與至少一個第 二測試區(qū)20正確對齊。因此在該實施例中，可通過反射詢問取樣基板1的多個第一測試區(qū) 10，并且可通過熒光詢問一個或多個第二測試區(qū)20，而不必使取樣基板1和裝置30相對于 彼此移動。在圖2和圖3所示的示例性構(gòu)型中，所示光源31/41和光電檢測器32/42位于裝 置30的“底部”，即位于與具有顯示屏36的“頂部”側(cè)相對的裝置30的主表面上。除了僅 以其相對含義使用術(shù)語“頂部”和“底部”之外，應(yīng)當理解，光源31/41和光電檢測器32/42 還可以設(shè)置在(例如)裝置30上與顯示屏36相同的一側(cè)，或者設(shè)置在嵌入裝置30的腔體 內(nèi)。還應(yīng)該指出的是，圖2所示裝置30的外觀(具有兩個相對平坦的主表面的大致細長形 外觀)只是一種示例性構(gòu)型?？梢圆捎枚喾N其他構(gòu)型，并且可以在此類裝置的多個位置處 設(shè)置控制器、顯示屏、光源和/或光電檢測器。在光學監(jiān)測過程中，可能有用的是包括對照能力，以考慮溫度變化、光源31/41的 輸出變化、光電檢測器32/42的響應(yīng)變化、背景光水平等。因此，在多個實施例中，除了上述 第一測試區(qū)10和一個或多個第二測試區(qū)20之外，取樣基板1上還可以包括基準區(qū)。此類 基準區(qū)可以具有在各種所選波長下或所選波長范圍內(nèi)的情況下表現(xiàn)出已知反射率或熒光 的材料。同樣，裝置30可包括可以被構(gòu)造為詢問此類基準區(qū)的一個或多個額外的光源/光 電檢測器對。特別考慮到取樣基板和/或其所吸收的油的溫度可能對反射信號和/或熒光信號 產(chǎn)生影響，也可以在裝置30內(nèi)包括紅外溫度傳感器，當希望根據(jù)溫度的任何影響調(diào)節(jié)、修 正信號等時，該傳感器能夠測定取樣基板10的溫度。在另一個實施例中，作為在用于進行油取樣的取樣基板1上包括一個或多個基準區(qū)的補充或替代方式，可以設(shè)置具有一個或多個基準區(qū)的基準條。在這種情況下，本文所 公開的方法和裝置可以被構(gòu)造為使基準條可以緊鄰裝置30，從而使光源/光電檢測器對可 測量基準條的基準區(qū)，進而可評價裝置30的性能，因此可以進行任何必要的調(diào)整和再校準 等。本文所公開的方法和裝置還可以被構(gòu)造為使基準油樣(即具有已知含量的游離脂肪酸 和/或總極性化合物的油樣)可以接觸取樣基板(可以為標準取樣基板1或上述基準條)， 從而使裝置30詢問一個或多個第一測試區(qū)10和/或一個或多個第二測試區(qū)20和/或一 個或多個基準區(qū)?？蓪⒋嗽儐柕慕Y(jié)果與基準油樣中游離脂肪酸和/或總極性化合物的已知 值進行比較，從而可在被認為是必要時對裝置30進行調(diào)節(jié)、校準等。在一個實施例中，裝置30在此類光學反射率和/或熒光測量的過程中接收到的信 號采用電壓形式，例如，如光電檢測器32/42根據(jù)光電檢測器32/42上的入射光產(chǎn)生的電 壓。也就是說，此類光電檢測器可以將來自第一測試區(qū)10的光學信號轉(zhuǎn)化成可隨后被操 縱、處理等的信號，如電壓。裝置30還可以包括一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其可以提供數(shù)字形 式的電壓信號，以便于微控制器處理。在有多個光源31、多個第一測試區(qū)10和/或多個光 電檢測器32的情況下，每個光電檢測器32通常會提供單獨的電壓信號，并且該信號對應(yīng)于 每個被詢問的單獨的第一測試區(qū)10。對于第一測試區(qū)10，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用本文所公開的方法和裝置詢問第一 測試區(qū)10時，可以從該測試區(qū)獲得信號。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，因所謂的白光LED光源和譜帶相 對較寬的光電二極管光電檢測器組合使用而生成的信號(例如反映多種波長的光子貢獻 的信號)可能表現(xiàn)為隨要使用的油樣中游離脂肪酸含量產(chǎn)生足夠的變化。具體來講，當?shù)?一測試區(qū)10接觸游離脂肪酸含量大于閾值水平的油時，本文所公開的裝置和方法允許檢 測第一測試區(qū)10的光學反射率的變化。引起給定第一測試區(qū)10響應(yīng)所需游離脂肪酸的具 體閾值水平可以自然地變化，例如根據(jù)該區(qū)域的指示劑/濕潤劑/堿性混合物中堿的含量 而變化。在第一測試區(qū)10暴露于游離脂肪酸含量高于該測試區(qū)閾值水平的油樣中時，可 以檢測到該測試區(qū)的光學反射率變化。例如，在暴露于含有“低”水平游離脂肪酸(即游離 脂肪酸含量低于該測試區(qū)的閾值水平)的油樣中并且被詢問時，如本文所公開的第一測試 區(qū)10會導致光電二極管光電檢測器發(fā)出相對較“低”的電壓信號，例如，如圖10的數(shù)據(jù)所 示。這種情況一般將對應(yīng)于第一測試區(qū)10在目測時顯示藍色。在暴露于含有“高”水平游 離脂肪酸(即游離脂肪酸含量高于該測試區(qū)的閾值水平)的油樣中并且被詢問時，此類測 試區(qū)會導致光電二極管光電檢測器發(fā)出相對較“高”的電壓信號，如圖10所示。這種情況 一般將對應(yīng)于第一測試區(qū)10在目測時顯示黃色。在進行反射率測試過程中，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以檢測到“中等”水平的游離脂肪 酸，該水平的游離脂肪酸未必會在視覺上表現(xiàn)為“藍色”和“黃色”之間的中間色彩，但會導 致光電二極管檢測器發(fā)出“中等”信號(如圖10所示)，該信號介于“高”、“低”信號之間， 并且可以通過裝置30與這兩種信號明顯區(qū)別開來。因此概括地說，通過本文所公開的方法和裝置，對第一測試區(qū)10的詢問能夠提供 比本來可以獲得(例如通過目測)的更多的有關(guān)油樣中游離脂肪酸含量的信息。這種獲得 有關(guān)各個第一測試區(qū)10的更靈敏量度的能力可與提供多個測試區(qū)10(這些測試區(qū)可以包 含不同含量的堿，因而可以包含不同閾值水平的游離脂肪酸)相結(jié)合，從而更準確、靈敏和/或精確地評價油質(zhì)。在根據(jù)對多個第一測試區(qū)10的詢問生成游離脂肪酸含量指示的過程中，裝置30 可以使用從所有第一測試區(qū)10 (例如從所有光電檢測器32)接收到的信號。在具體實施例 中，裝置30使用(例如處理)來自所有光電檢測器32的所有信號組合的組合信號。在具 體實施例中，對來自多個光電檢測器的信號進行積分，即求和或相加。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在 使多個第一測試區(qū)10暴露于含有各種濃度的游離脂肪酸的油時，來自多個光電檢測器的 積分信號與油中游離脂肪酸的濃度具有良好的相關(guān)性，因而可被裝置30用來指示油質(zhì)?？?慮到每個光電檢測器都能夠提供與檢測到“中等”水平的游離脂肪酸相對應(yīng)的信號，使用這 種積分信號可以在(例如)不必使用不切實際的大量單獨的第一測試區(qū)10的情況下提供 更高的準確度。在生成總極性化合物含量指示的過程中，裝置30可以使用從一個或多個第二測 試區(qū)20 (例如從一個或多個光電檢測器42)接收到的信號。之所以有這種可能是因為發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)，當油樣被吸入第二測試區(qū)20時，油樣中總極性化合物的含量增加可導致第二測試 區(qū)20的含油多孔材料5發(fā)出的熒光量增加。例如，如圖11所示，當含油測試區(qū)暴露于波長 約470nm的入射光中時，油樣中總極性化合物的含量較高會導致以約520nm的波長發(fā)出的 熒光量增加。當然，除了所示實例之外，根據(jù)(例如)所評價油的類型，可以使用許多其他 的激發(fā)和/或發(fā)射波長。除了上述積分步驟之外，如果需要，可根據(jù)裝置30的電路內(nèi)存儲(例如安裝到軟 件或固件中)的算法對光電檢測器32從第一測試區(qū)10接收到的信號單獨或一起進行數(shù)學 處理。類似地，可對一個或多個光電檢測器42從一個或多個第二測試區(qū)20接收到的信號 進行類似處理。因此，裝置30可以根據(jù)需要包括這類部件、電路等，以進行這種所需的信號 處理，并且也可以根據(jù)需要控制光源31/41和/或光電檢測器32/42，等等。參照圖5的框 圖，裝置30可以包括微控制器37，該微控制器可執(zhí)行多種操作，包括操作光源31/41 ；操 作光電檢測器32/42，以及從中接收信號；對接收自光電檢測器32/42的信號進行處理、操 縱等；在存儲器中保存各種數(shù)據(jù)和參數(shù)；與顯示器36進行通信；接收來自裝置30的使用者 的輸入；以及執(zhí)行其他所需功能。在具體實施例中，裝置30可包括被稱為PIC(具有“可編 程接口控制器”或“可編程智能計算機”這樣不同的解釋)的微控制器這一類型，這種微控 制器會尤其適合在本文中使用。裝置30的各種部件(光源31/41、光電檢測器32/42、顯示 屏36、微控制器37和下述其他部件)可連接和/或物理安裝到一塊或多塊印刷電路板上。 裝置30可具有多種其他部件，例如用于輸入信息的小鍵盤、按鈕或觸摸屏界面、電源(如電 池或電線)等等。如果發(fā)現(xiàn)當按照本文所公開的裝置和方法進行詢問時，某些類型的油顯示不同的 信號(如與油中的游離脂肪酸含量和/或總極性化合物含量無關(guān))，則裝置30可包括使用 者可用來輸入被測油的種類(類型)的機制，以使得裝置30可根據(jù)油的類型自動進行調(diào)節(jié) 或補償。此外，也可以將裝置30構(gòu)造為使得當加入新一批油進行烹飪時，對油進行測試，從 而獲得基線(基準)反射信號和/或基線(基準)熒光信號，這些信號可保存在裝置30的 存儲器中，并且與該特定類型和/或批次的油相對應(yīng)。然后在日后對油進行詢問時可使用 所保存的此基線信號，以使得裝置30可根據(jù)該批油的具體特性進行自動調(diào)節(jié)或補償。因此概括地說，詢問裝置30可利用從第一測試區(qū)10接收的信號生成油樣的油質(zhì)
15指示，該指示與油樣中的游離脂肪酸含量相關(guān)聯(lián)(例如以該含量為基礎(chǔ))。詢問裝置30也 可利用從一個或多個第二測試區(qū)20接收的信號生成油樣的油質(zhì)指示，該指示與油樣中的 總極性化合物含量相關(guān)聯(lián)(例如以該含量為基礎(chǔ))。然后可將指示傳輸給裝置30的使用 者，例如通過視頻或音頻信號傳輸。在一個實施例中，指示可為游離脂肪酸含量和總極性化 合物含量的實際數(shù)值。作為另外一種選擇，指示可為雖然不是游離脂肪酸含量或總極性化 合物含量的數(shù)值但與這些數(shù)值相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，該參數(shù)可用于讓使用者確定油質(zhì)，例如油是 否仍然適合使用。例如，裝置30可以具有呈現(xiàn)條形圖的屏幕36，條形圖的高度表示游離脂 肪酸的含量?；蛘撸梢岳靡唤M或多組信號(如紅光、黃光和綠光)指示以游離脂肪酸含 量表示的油質(zhì)?；蛘?，裝置30可以根據(jù)游離脂肪酸含量通過音頻或視頻信號向使用者提供 合格/不合格二進制格式的油質(zhì)信息。類似地，可以提供與總極性化合物含量有關(guān)的指示。因此，可以向使用者呈現(xiàn)兩種單獨的油質(zhì)指示，一種與游離脂肪酸含量相關(guān)聯(lián)，另 一種與總極性化合物含量相關(guān)聯(lián)。作為另外一種選擇，游離脂肪酸含量指示和總極性化合 物含量指示可以組合成同時考慮了游離脂肪酸貢獻和總極性化合物貢獻的單個油質(zhì)指示。在生成此類一個或多個指示的過程中，如果裝置30包含允許裝置30將來自光電 檢測器32的上述組合(如積分)信號與油中游離脂肪酸含量相關(guān)聯(lián)的信息(如保存在電 子存儲器、固件或軟件中，例如保存在查詢表中)，則可能是有利的。相似地，如果裝置30包 含允許微控制器37將來自一個或多個光電檢測器42的上述信號與油中總極性化合物含量 相關(guān)聯(lián)的信息，則可能是有利的。此類信息可作為固定值保存在裝置30的電子存儲器中。 或者，可定期更新和/或更改此類信息，例如通過讓裝置30詢問具有已知含量的游離脂肪 酸和/或總極性化合物的一個或多個標準材料，或者詢問具有已知反射和/或熒光特性的 一個或多個標準材料(如基準區(qū)、基準條、基準油樣等)。裝置30可以某種方式構(gòu)造，使得可在取樣基板開放(如擺放在臺面上、手持等) 的情況下詢問取樣基板1。如果其可用于最小化雜散光或背景光的影響，則可以采用多種方 法來實現(xiàn)此目的。例如，可以將裝置30構(gòu)造為具有部分或完全封閉的室(任何圖中均未示 出)，使得取樣基板1可設(shè)置在封閉室內(nèi)用于詢問。這可以通過(例如)以下方式實現(xiàn)在 裝置30內(nèi)設(shè)置腔體，腔體內(nèi)包括光源31和光電檢測器32，并且其中可插入取樣基板10 ；或 者可提供蓋子(如鉸接蓋、滑動蓋等)，使得蓋子可設(shè)置為在將取樣基板10置于詢問位置后 蓋子可阻擋環(huán)境光。具體地講，如果要在取樣基板1設(shè)置在表面上(如擺放在臺面上)的 情況下進行詢問，則裝置30可包括裙邊或凸緣(任何圖中均未示出)，當靠近表面或被設(shè)置 為接觸表面時，該裙邊或凸緣會形成部分或完全封閉的室。在多個實施例中，可能希望在取樣基板1與裝置30之間實現(xiàn)對準(對齊)，以最 好地發(fā)揮作用。也就是說，可能希望準確設(shè)置取樣基板1相對于裝置30的位置，使得第一 測試區(qū)10與光源31和光電檢測器32對齊，一個或多個第二測試區(qū)20與一個或多個光源 41和一個或多個光電檢測器42對齊，從而提供最準確的光學詢問?？梢酝ㄟ^多種方式實現(xiàn) 這種對準。例如，可以使用物理對準法，將取樣基板1的邊緣或其他部分設(shè)置為緊貼固定物 (如夾子、柱子、短插芯等)或固定在其中，其中固定物可以設(shè)置在詢問裝置30自身上或單 獨的固定夾具上。也可通過光學方式而不是物理方法實現(xiàn)對準。因此，取樣基板1可具有一個或多 個特征物，使用者和/或裝置30可識別這些特征物以進行對準。例如，取樣基板1可包括
16標記，使用者可以利用該標記正確對準取樣基板1和裝置30?；蛘?，裝置30可以具有光學 識別能力，從而能夠識別此類標記。在這種情況下，當裝置30檢測到與取樣基板1足夠?qū)?準后，裝置30可通知使用者(如通過光學信號、音頻信號等)裝置已準備就緒，可用于詢問 取樣基板1。作為另外一種選擇，裝置30可以被構(gòu)造為在裝置30確認已足夠?qū)屎笞詣舆M 行光學詢問。SM實例1獲得測試條，其可以商品名3M起酥油監(jiān)測條(3M Shortening Monitor Test Strips)得自3M Company，并且據(jù)信是以與美國專利4，654，309 (實例4)中所描述方法類 似的方式制造的。獲得食用油，其組成為大約40 %的向日葵油(最少70 %的油酸)、大約30 %的棕 櫚油和大約30%的氫化油菜籽油(所有百分比均為重量百分比)。食用油被用于烹制炸薯 條約兩個月，在此期間定期從油中取出少量樣品。按以下工序測試樣品。由于大多數(shù)樣品在室溫下為固體，因此將每份樣品(150cc， 裝入塑料廣口瓶中)在微波爐中加熱60秒，或加熱至樣品熔化成液體。然后將測試條浸 入油樣中，接著置于紙巾上去除多余的油。然后用得自KGW Enterprises (Elkhart, IN)的 Model 100 的 QuadScan 反射光度計(QuadScan Reflectance Photometer)測量測試條的 四個測試區(qū)(即收到測試條時外觀顯示為藍色的區(qū))中每一個的光學反射率。使用濾光 器在特定波長范圍內(nèi)詢問測試區(qū)藍波長對應(yīng)于大約400-510nm的波長范圍，綠波長對應(yīng) 于510-586nm的波長范圍，紅波長對應(yīng)于586-660nm的波長范圍，紅外(IR)波長對應(yīng)于 825-855nm的波長范圍。將測試條相對于反射光度計來回移動，使得光度計的詢問單元依次詢問每個測試 區(qū)，通過這種方式測量四個測試區(qū)的光學反射率。在整條測試條上讀取讀數(shù)，包括測試區(qū)之 間的空白區(qū)域，但不采用取自測試區(qū)之間的空白區(qū)域的讀數(shù)。在此過程中將測試條與環(huán)境 光隔離。通常，對于每個測試條，將來自四個測試區(qū)的反射率讀數(shù)求平均。因此，在圖6至 圖9的圖線中，每個數(shù)據(jù)點通常都表示測試條四個測試區(qū)的平均反射率。按照產(chǎn)品說明書上的標準(目測)方法使用3M起酥油監(jiān)測條估計多個油樣的游 離脂肪酸濃度。根據(jù)產(chǎn)品說明書，目測獲得的結(jié)果將落在下列區(qū)間之一中游離脂肪酸含量 小于2%、游離脂肪酸含量為2%至小于3. 5%、游離脂肪酸含量為3. 5%至小于5. 5%、游離 脂肪酸含量為5. 5%至小于7%、或游離脂肪酸含量大于7%。然后生成圖6至圖9的圖線， 圖中繪出了所測得反射率(通過在不同波長范圍內(nèi)詢問獲得)與通過目測產(chǎn)品估計的游離 脂肪酸含量的對比關(guān)系。在大致分組的這些數(shù)據(jù)中(例如在游離脂肪酸含量為3. 5-5. 5% 和游離脂肪酸含量為5. 5-7. 0%等組中)，還可以根據(jù)其估計的游離脂肪酸含量至少定性 地將各個油樣分等級。可通過(例如)以下方法來分等級根據(jù)具體油樣已使用的時間長 度(預(yù)計這將增加游離脂肪酸的含量)；或者根據(jù)ISO標準8420中的方法測得的油樣中的 總極性化合物含量(其中游離脂肪酸占一部分，因而預(yù)計至少大致相關(guān))；或者根據(jù)目測的 測試區(qū)的亮度或強度。因此，在圖6至圖9中的大致分組的數(shù)據(jù)中，每個組內(nèi)的數(shù)據(jù)被排列 成評價出的游離脂肪酸含量較低的油樣朝組的左手側(cè)，評價出的游離脂肪酸含量較高的油 樣朝組的右手側(cè)。然而，應(yīng)該推斷，并沒有嘗試將游離脂肪酸的具體濃度定量。
為了便于呈現(xiàn)，將數(shù)據(jù)分成四個圖線。圖6包含在紅外波長范圍內(nèi)進行詢問獲得 的數(shù)據(jù)；圖7包含在紅光波長范圍內(nèi)進行詢問獲得的數(shù)據(jù)；圖8包含在綠光波長范圍內(nèi)進 行詢問獲得的數(shù)據(jù)；圖9包含在藍光波長范圍內(nèi)進行詢問獲得的數(shù)據(jù)?？傮w來說，反射率數(shù) 據(jù)表明在這些實驗中，在紅光或綠光波長范圍內(nèi)的詢問相比在藍光或紅外波長范圍內(nèi)的 詢問提供了更強的響應(yīng)。實例2獲得測試條，其可以商品名3M起酥油監(jiān)測條得自3M Company，并且據(jù)信是以與美 國專利4，654，309 (實例4)中所描述方法類似的方式制造的。UMm^l S9345 hK Hamamatsu Photonics (Hamamatsu City, Japan) Μ^Η^Τ^ 檢測器光電二極管(Si PINS)。將各個光電二極管標識為PD-0、PD-l、PD-2和PD-3。以商品名 RL5-W5020 從 SuperBright LEDs, Inc (St. Louis,Missouri)獲得發(fā)光二 極管(超白(GaN)型)。獲得測試條，其可以商品名3M起酥油監(jiān)測條得自3M Company，并且據(jù)信是以與美 國專利4，654，309 (實例4)中所描述方法類似的方式制造的。讓各測試條的測試區(qū)接觸具有“低”含量游離脂肪酸的油樣；也就是說，對于這些 測試區(qū)來說，含量不會引起常規(guī)人類使用者可察覺的視覺上的變化(從藍色變?yōu)辄S色)。然 后對測試區(qū)進行詢問，方法是將光從LED導向測試區(qū)，利用光電二極管測量來自測試區(qū)的 反射光(按照制造商的建議和本領(lǐng)域熟知的方法構(gòu)造和操作LED和光電二極管)。對于四 個單獨的光電二極管，所得的輸出電壓見圖10(標以“低游離脂肪酸”)。讓其他測試區(qū)接觸具有“高”含量游離脂肪酸的油樣；也就是說，對于這些測試區(qū) 來說，含量會引起常規(guī)人類使用者可察覺的視覺上的變化(從藍色變?yōu)辄S色)。然后如上所 述用LED和光電二極管詢問測試區(qū)，來自光電二極管的所得的輸出電壓見圖10(標以“高游 離脂肪酸”)。讓其他測試區(qū)接觸具有“中等”含量游離脂肪酸的油樣；據(jù)信，對于這些測試區(qū)來 說，含量可能不會可靠地引起常規(guī)人類使用者可察覺的視覺上的變化(從藍色變?yōu)辄S色)。 然后如上所述用LED和光電二極管詢問測試區(qū)，來自光電二極管的所得的輸出電壓見圖 10 (標以“中等游離脂肪酸”)。如圖10所示，使用上述方法和裝置詢問測試區(qū)會得到“中等”信號，該信號會有別 于與“低”狀態(tài)(即測試區(qū)在視覺上表現(xiàn)為藍色的狀態(tài))相對應(yīng)的信號，并且有別于與“高” 狀態(tài)(即測試區(qū)在視覺上表現(xiàn)為黃色的狀態(tài))相對應(yīng)的信號。實例3獲得測試條，其可以商品名3M起酥油監(jiān)測條得自3M Company，并且據(jù)信是以與美 國專利4，654，309 (實例4)中所描述方法類似的方式制造的。獲得食用油，其組成為大約40 %的向日葵油(最少70 %的油酸)、大約30 %的棕 櫚油和大約30%的氫化油菜籽油(所有百分比均為重量百分比)。食用油被用于烹制炸薯 條約兩個月，在此期間定期從油中取出少量樣品。按以下方法測試樣品。由于大多數(shù)樣品在室溫下為固體，因此將每份樣品(150cc， 裝入塑料廣口瓶中)在微波爐中加熱60秒，或加熱至樣品熔化成液體。然后將測試條浸 入每個油樣中，接著置于紙巾上去除多余的油。在測試條的各個含油“空白”區(qū)(即不具有
18對游離脂肪酸靈敏的浸漬材料的區(qū)域)上使用ESE XYZ Stage Scanner (Embedded System Engineering GmBH, Stockach，Germany)進行熒光測量，該裝置在激發(fā)波長大約470nm、發(fā)射 波長大約520nm下工作。對于每個油樣，在每個測試條的不同空白區(qū)獲得多個讀數(shù)。報告這多個讀數(shù)的平 均值。通常，針對每個油樣，按此程序測試若干個測試條。這些數(shù)據(jù)如圖11所示，將這些數(shù) 據(jù)繪制成隨油中總極性化合物濃度(采用與ISO標準8420中的規(guī)定的類似工序測得)變 化的圖線。上述測試和測試結(jié)果僅用于示例性目的，而不用于預(yù)測性目的，并且可以預(yù)期測 試工序的改變會產(chǎn)生不同的結(jié)果。提供上面的詳細描述和實例僅為了清楚地理解本發(fā)明。 這些描述和實例不應(yīng)被理解為不必要的限制。具體地講，本公開的標題和/或子標題是為 了方便閱讀，而不應(yīng)理解為不必要的限制。現(xiàn)在，已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的數(shù)個實施例對本發(fā)明進行了描述。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可對所描述的實施例作出改變。因 此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)被限定在本文所描述的精確細節(jié)和結(jié)構(gòu)內(nèi)，而是受權(quán)利要求書的語 言所描述的結(jié)構(gòu)及這些結(jié)構(gòu)的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種以光學方式監(jiān)測油樣的多個參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟提供吸油的取樣基板；其中所述取樣基板包括具有隨所述油的第一參數(shù)變化的第一光學特性的多個第一測 試區(qū)，以及具有隨所述油的第二參數(shù)變化的第二光學特性的至少一個第二測試區(qū)；讓所述油接觸所述取樣基板，使得所述油的樣品接觸每個所述第一測試區(qū)的至少一部 分和所述至少一個第二測試區(qū)的至少一部分；用第一光學方法詢問所述第一測試區(qū)，以從所述第一測試區(qū)接收一組第一信號；將來自所述第一測試區(qū)的所述一組第一信號組合成組合信號；將所述組合信號與所述 油的所述第一參數(shù)相關(guān)聯(lián)；用第二光學方法詢問所述至少一個第二測試區(qū)，以接收第二信號，其中所述第二光學 方法不同于所述第一光學方法；并且，將所述第二信號與所述油的所述第二參數(shù)相關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述第一測試區(qū)的所述詢問包括測量反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一測試區(qū)每一個都包含指示劑，所述指示 劑的光學吸收/反射特性隨所述油的所述第一參數(shù)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述指示劑為酸堿指示劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述至少一個第二測試區(qū)的所述詢問包括測量 熒光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中對所述熒光的所述測量包括測量自體熒光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述油樣不含熒光指示添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述一組第一信號組合包括對所述第一信號求 和以形成積分信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述第一測試區(qū)的所述詢問和對所述至少一個 第二測試區(qū)的所述詢問由同一詢問裝置來進行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述第一測試區(qū)的所述詢問通過對每個所述 第一測試區(qū)使用單獨的光源/光電檢測器對來進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一參數(shù)包括所述油中的游離脂肪酸含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述方法包括報告所述油的油質(zhì)的指示的額外 步驟，其中所述指示與所述油中的所述游離脂肪酸含量相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二參數(shù)包括所述油中的總極性化合物含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述方法包括報告所述油的油質(zhì)的指示的額外 步驟，其中所述指示與所述油中的所述總極性化合物含量相關(guān)聯(lián)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一參數(shù)包括所述油中的游離脂肪酸含量， 其中所述第二參數(shù)包括所述油中的總極性化合物含量，并且其中所述方法還包括報告所述 油的油質(zhì)的指示的步驟，其中所述指示與所述油中的所述游離脂肪酸含量和所述油中的所 述總極性化合物含量相關(guān)聯(lián)。
16.一種用于測量油樣的至少兩個參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括吸油的取樣基板，其中所述取樣基板包括具有隨所述油的第一參數(shù)變化的第一光學特性的多個第一測 試區(qū)，以及具有隨所述油的第二參數(shù)變化的第二光學特性的至少一個第二測試區(qū)；以及，光學詢問裝置，其中所述光學詢問裝置包括通過第一光學機制詢問所述取樣基板的每個所述第一測 試區(qū)并且從所述第一測試區(qū)接收一組第一信號的裝置，以及通過不同的第二光學機制詢 問所述取樣基板的所述至少一個第二測試區(qū)并且從所述至少一個第二測試區(qū)接收第二信 號的裝置，其中所述光學詢問裝置還包括將來自所述第一測試區(qū)的所述一組第一信號組合成組 合信號的裝置，以及將所述組合信號與所述油的所述第一參數(shù)相關(guān)聯(lián)的裝置；并且，其中所述光學詢問裝置還包括將所述第二信號與所述液體樣品的所述第二參數(shù)相關(guān) 聯(lián)的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述第一參數(shù)為所述油中的游離脂肪酸含量， 所述第二參數(shù)為所述油中的總極性化合物含量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述光學詢問裝置被構(gòu)造為報告所述油的油質(zhì) 的第一指示，其中所述第一指示與所述油中的所述游離脂肪酸含量相關(guān)聯(lián)；并且，其中所述 光學詢問裝置還被構(gòu)造為報告所述油的油質(zhì)的第二指示，其中所述第二指示與所述油中的 總極性化合物含量相關(guān)聯(lián)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述光學詢問裝置還被構(gòu)造為報告所述油的油 質(zhì)的指示，其中所述指示與所述油中的所述游離脂肪酸含量和所述油中的所述總極性化合 物含量相關(guān)聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述第一光學機制為反射，所述第二光學機制 為熒光。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述光學詢問裝置包括用于詢問所述多個第一 測試區(qū)中的每個所述第一測試區(qū)的單獨的光源/光電檢測器對，并且其中所述光學詢問裝 置包括用于詢問所述至少一個第二測試區(qū)的額外的光源/光電檢測器對。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述光學詢問裝置被構(gòu)造為使得可以在所述取 樣基板和所述光學詢問裝置不相對于彼此移動的情況下對所述多個第一測試區(qū)和所述至 少一個第二測試區(qū)全部進行詢問。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述光學詢問裝置為手持裝置、便攜式裝置或 臺式裝置中的至少一者。
全文摘要
本文公開了以光學方法監(jiān)測油樣的多個參數(shù)的方法和裝置。在一個實施例中，所述方法和裝置可用于確定以食用油或炸油中的游離脂肪酸含量和總極性化合物含量表示的所述油的質(zhì)量。所述方法使用光學吸收/反射特性來評價所述游離脂肪酸含量，同時使用光學熒光性來評價所述總極性化合物含量，并且兩種測量均使用單個取樣基板和單個測量裝置。
文檔編號G01N33/03GK102007406SQ200980113233
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者米林德·B·薩巴代, 阿布卡西姆·B·馬哈茂德, 魏愛平 申請人:3M創(chuàng)新有限公司