[发明专利]一种基于数字光处理技术的便携式液体食物近红外光谱分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及食品添加剂检测技术领域，具体涉及一种基于数字光处理技术的便携式液体食物近红外光谱分析仪。

背景技术

防腐剂是各种流体食物（如果汁、酒、乳制品）中常用的食品添加剂，可有效延长含水量较高的流体食物的保质期。其中苯甲酸类防腐剂在国内食品加工业中尤为常见。流体食物中过量的苯甲酸类防腐剂容易引发严重过的中毒现象，因此，苯甲酸含量是食品检测中一个重要的检测项目。现常用近红外光谱仪检测食物中防腐剂的含量。

近红外光（NearInfrared，NIR）是介于可见光（VIS）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780～2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，近红外光谱仪已广泛应用于农产业、石化产品、临床诊断、环境检测等领域。

在食品工业中，近红外光谱仪很多时候用于携带到现场进行分析，因此需要体积小巧、方便携带的近红外光谱仪，现有的便携式近红外光谱仪的种类有很多，根据光路结构不同可分为：滤光片型、光栅型、傅里叶变换型、基于数字微镜元件(DMD)的微机电系统(MEMS)型。

Zeltex公司的ZX-50系列手持式近红外粮食分析仪是滤光片型的典型代表，其缺点是波长数目有限，准确度和精度不高。

南京中地仪器的ZDJIPB-1近红外光谱仪是光栅扫描型光谱仪的典型代表，但因有移动部件导致仪器的抗震性差，扫描速度相对较慢。

傅里叶变换型光谱仪的光通量大、分辨率高，但抗震性差，很难做成便携式仪器。

DLP是“DigitalLightProcession”的缩写，即为数字光处理，也就是说这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件——DMD（DigitalMicromirrorDevice）来完成可视数字信息显示的技术。使用数字微镜元件(DMD)进行光谱选择的仪器以低成本的数字微镜元件(DMD)芯片和单点探测器代替光栅阵列型光谱仪中的线阵列探测器，成本大为降低，仪器结构简单，制作容易，以不同的组合（阿达玛模板）选通多列微镜实现阿达玛变换，信噪比较不使用变换大大提升。波长精度0.6nm，仪器经过各种工业现场试验，稳定性较好，但是受单个探测器性能的限制，其对微弱光谱的探测能力有限。为解决这一问题，申请号为2014101058442的中国发明专利申请提供了一种近红外光谱仪，包括光源、抛物面反射镜、闪耀光栅、数字微镜器件、线性探测器、单光子探测器、光谱信息处理系统；所述光源设置在抛物面反射镜的焦点处，光源经抛物面反射镜准直后投射样品中，未被吸收的光经闪耀光栅在一级闪耀角上分开成单色平行光投射到数字微镜器件上；数字微镜器件中的微镜产生＋12°和－12°的偏转，将单色平行光分别反射到线性探测器和单光子探测器上；光谱信息处理系统对线性探测器和单光子探测器接收的光谱信息进行融合、阿达玛变换处理，得到原始光谱信号的光谱强度。为提高检测精度，其光源需为点光源，但受限于检测仪的体积，现有的点光源强度难以满足流体食物检测的需求（因流体食物浊度较高，且常悬浮用果胶、蛋白质等高分子物质，将干扰光线在样品中的传递，使光线减弱，进而使进入闪耀光栅的光信号强度不足）。矩阵式LED能耗低而可以被制作为较小的体积，且足够多的LED可以提供满足测试需求的光强。但过多的LED芯片组成的光源其面积较大，无法形成点光源。采用可作为点光源的激光发生器作为光源时，其较高的耗能以及智能产生单色光的性质将使近红外光谱仪体积无法得到控制。

如何克服上述现有技术的不足已成为现有光电分析领域亟待解决的重点难题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种高精度、便携的近红外光谱仪。

本发明的目的通过以下技术方案实现：