CN103454224A - 基于光偏振态的食用油优劣的判断系统及其判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统及其判断方法，判断系统包括激光器、扩束镜、准直镜、起偏器、玻璃容器、角位移传感器、检偏器、光电感应器及处理装置；激光器发出激光，通过扩束镜，形成的发散光经过准直镜成准直光束，之后经过起偏器形成与入射光轴成一定角度的线偏振光，线偏振光通过装有待判断食用油的玻璃容器，此时射出的光偏振方向发生变化，射出偏振光经过由角位移传感器控制旋转角度的检偏器，经检偏器的偏振光打在光电感应器上，数据通过处理装置处理得出判断结果。本发明具备计算简单、精密度高及成本低等优点。

Description

基于光偏振态的食用油优劣的判断系统及其判断方法
技术领域
本发明属于食用油的检测领域，具体涉及一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统及其判断方法。
背景技术
基于光的偏振态判断食用油优劣的方法是在为更加快速精确地判别食用油优劣的背景下孕育而生的。面对某工厂在利益的驱使下生产并销售泔水油（地沟油的一种）的情况，我国早就出台了相关的规定，禁止将这种废弃油脂加工成食用油。近年来地沟油加工成食用油的现象频频被媒体曝光，相关部门对此也加大了打击的力度，但是由于有利可图，加上地沟油的检测技术难题一直无法解决，地沟油始终是屡禁不止。
劣质油很多指标都严重不符合国家规定的食用油卫生标准，危害极大，其直接排入水源会造成水质污染，而一旦被人体食用后，则可能会引起食物中毒。其酸败指标远远超出国家规定范围，长期摄入，人们将出现体重减轻和发育障碍，易患腹泻和肠炎，并有肝、心和肾肿大以及脂肪肝等病变。此外，地沟油受污染产生的黄曲霉毒性不仅易使人发生肝癌，在其他部位也可以发生肿瘤。
传统的检测食用油劣变的方法既费时又费力，并且大量化学试剂的使用会对自然环境产生潜在的危害。
理化检测方法，主要检测十二烷基苯磺酸钠，它是一种阴离子表面活性剂，被广泛应用于洗涤剂中。部分地沟油是泔水经过简单加工、提炼出来的油，经研究发现这部分地沟油中含有洗涤剂中的主要成分十二烷基苯磺酸钠，所以检测这部分地沟油就可以通过检测油类中是否含有十二烷基苯磺酸钠。但采用此法只能检测出掺和了泔水油的地沟油，不能检测煎炸老油和废弃动物油脂。
薄层层析法，用于胆固醇的定量分析，但只能测定较纯的地沟油，如果是食用油掺和的地沟油低于10%时无法检测。
电导率方法，用于重金属的检测，由泔水油提炼的地沟油成分复杂,它与地下水泥壁(含有多种微量元素,如Pb、Cd、As、Cr、Hg、Zn、Co、Ni、Tl、Be、Sn、Cu、Sb、Mo 和V等)、地下生活污水、金属管道、废旧铁桶等接触,金属离子严重超标,同时引入多种非金属元素。故可以通过检测油类产品的金属元素的量来确定是否为地沟油。电解质与地沟油(萃取相)的电导率是食用油的3～7倍，研制出一种0.5h鉴别地沟油的检测方法，但因准确性限制，未能得到推广。              
核磁共振光谱法，因地沟油中含有大量的动物油脂，在一定温度下，废油脂的固体脂肪含量（SFC值）比合格的食用植物油高核磁共振鉴别法是在产生核磁共振时，液态分子的迅速相对运动，将导致明显的运动而使谱线变窄，共振峰值升高；反之，固态分子的共振峰则低而平，经过一段时间后，测试将得到2组核磁共振谱（NMR）信号值，可由此信号强度值计算固体脂肪含量值，核磁共振不受操作人员的技术水平影响，测试精度高，相对快速，可用于地沟油的检测，但核磁共振的仪器较昂贵，不易推广。
红外检测法，泔水油或深度油炸油中的油脂在加工过程中会发生高度的氧化、酸败反应，产生比普通植物油脂更多的氧化产物，由于氧化产物在近红外光谱中会出现不同的特征峰，因而，可通过这些特征峰，判断出食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。优点是样品不需要经过预处理,非破坏性分析,实时分析,低分析成本和操作简单等。缺点是计算复杂，精密度不高，仪器价格贵等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种计算简单、精密度高及成本低的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统；
本发明还提供一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统的判断方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其包括激光器、扩束镜、准直镜、起偏器、玻璃容器、角位移传感器、检偏器、光电感应器及处理装置；
激光器发出激光，通过扩束镜，形成的发散光经过准直镜成准直光束，之后经过起偏器形成与入射光轴成一定角度的线偏振光，线偏振光通过装有待判断食用油的玻璃容器，此时射出的光偏振方向发生变化，射出偏振光经过由角位移传感器控制旋转角度的检偏器，经检偏器的偏振光打在光电感应器上，数据通过处理装置处理得出判断结果。
所述激光器采用波长为632.8nm的He-Ne激光器。所述角位移传感器为电阻式角位移传感器。所述玻璃容器为长方体玻璃容器。所述激光器先通过全发射镜的全反射后再进入扩束镜。所述处理装置包括PC端及显示器，由光电感应器得到数据通过数据线传送至PC端处理，结果通过显示器显示出来。
本发明提供一种所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统的判断方法，其包括以下步骤：
a.将待测食用油与指定食用油配置成一定浓度C的样品，并注入长为L的容器中，静置样品一段时间；
b.待气泡全部溢出，样品稳定后，开启激光器，控制角位移传感器，稳定控制检偏器的转动，同时光电感应器检测从样品中射出的偏振态改变后的偏振光的光强；
c.通过MATLAB将连续变化的光强绘制成曲线显示出来，并与未加样品时光通过空置的旋光管后的光强变化曲线显示在同一坐标轴中，据此根据曲线整个平移的一段距离，测出两曲线任意相邻最小值之间的角位置之差即为偏振光的振动面经样品食用油后转动的角度Φ，再读取三个不同角度线偏振分量的光强，分别记为I0，I+45，I-45，I90；
d.计算出样品的旋光率，偏振态参数,偏振度及其偏振角，将计算出的数值与数据库中存储的标准食用油的数据进行比较，便可判断出食用油的优劣。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明准确度高，可靠性强，它在不改变样品的化学性能条件下进行无损检测，通过样品对偏振光的改变从而反演样品的旋光率，推算出射偏振光的偏振态变化，所测得的一系列数据与标准数据库进行对比，可准确判断食用油的优劣，精确度高。目前国内基于此技术运用于食用油优劣的检测尚无。
附图说明
图1为本发明基于光偏振态的食用油优劣的判断系统的系统组成示意图；
图2为本发明基于光偏振态的食用油优劣的判断方法测得的光强曲线变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统的组成示意图，包括：He-Ne激光器1发出632.8nm的激光2，通过全发射镜3后通过扩束镜4，形成的发散光5经过准直镜6成准直光束7，之后经过一起偏器8形成于X轴成一定角度的线偏振光9，线偏振光通过一装有待判断食用油且长度一定的长方体玻璃容器10，此时射出的光11偏振方向发生变化，射出偏振光经过由角位移传感器14控制旋转角度的检偏器12，经检偏器的偏振光13打在光电感应器15上，数据通过数据线传送至PC端16处理，结果通过显示器显示出来。
图2是本发明一种基于光偏振态的食用油优劣的判断方法测得的光强曲线变化图。
将待测食用油与指定食用油配置成一定浓度C的样品（以下简称样品）注入长为L的容器中，静置液体一段时间，待气泡全部溢出，液体稳定后，开启激光器，控制角位移传感器，稳定地控制检偏器的转动，同时光电感应器检测从样品中射出的偏振态改变后的偏振光的光强，通过MATLAB将连续变化的光强绘制成曲线显示出来，并与未加样品时的曲线显示在同一坐标轴中，据此可根据曲线整个平移的一段距离，测出两曲线任意相邻最小值(光强最弱)之间的角位置之差即为偏振光的振动面经样品食用油后转动的角度Φ，再读取四个不同角度线偏振分量的光强，分别记为I0，I+45，I-45，I90。通过公式，可计算出样品的旋光率，偏振态参数,偏振度及其偏振角，将计算出的数值与数据库中存储的标准食用油的数据进行比较，便可判断出食用油的优劣。
步骤d中，
旋光率的计算：                                                
Φ：旋光度rad，α：旋光率rad·ml/g·mm，C：样品浓度g/ml，L：容器长度mm；
偏振态参数及偏振度的计算：
根据偏振光的Stokes描述式，
Figure 722969DEST_PATH_IMAGE002
得偏振参数：I=I0+I90，Q=I90-I0，U= I+45-I-45
偏振度P=(Q2+U2)1/2/I，偏振角θ=1/2[tan-1(U/Q)]。

Claims (8)

1.一种基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，包括激光器、扩束镜、准直镜、起偏器、玻璃容器、角位移传感器、检偏器、光电感应器及处理装置；
激光器发出激光，通过扩束镜，形成的发散光经过准直镜成准直光束，之后经过起偏器形成与入射光轴成一定角度的线偏振光，线偏振光通过装有待判断食用油的玻璃容器，此时射出的光偏振方向发生变化，射出偏振光经过由角位移传感器控制旋转角度的检偏器，经检偏器的偏振光打在光电感应器上，数据通过处理装置处理得出判断结果。
2.根据权利要求1所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，所述激光器采用波长为632.8nm的He-Ne激光器。
3.根据权利要求1所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，所述角位移传感器为电阻式角位移传感器。
4.根据权利要求1所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，所述激光器先通过全发射镜的全反射后再进入扩束镜。
5.根据权利要求1所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，所述处理装置包括PC端及显示器，由光电感应器得到数据通过数据线传送至PC端处理，结果通过显示器显示出来。
6.根据权利要求1所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统，其特征在于，所述玻璃容器为长方体玻璃容器。
7.一种根据权利要求1至5任一项所述的基于光偏振态的食用油优劣的判断系统的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将待测食用油与指定食用油配置成一定浓度C的样品，并注入长为L的容器中，静置样品一段时间；
b.待气泡全部溢出，样品稳定后，开启激光器，控制角位移传感器，稳定控制检偏器的转动，同时光电感应器检测从样品中射出的偏振态改变后的偏振光的光强；
c.通过MATLAB将连续变化的光强绘制成曲线显示出来，并与未加样品时光通过空置的旋光管后的光强变化曲线显示在同一坐标轴中，据此根据曲线整个平移的一段距离，测出两曲线任意相邻最小值之间的角位置之差即为偏振光的振动面经样品食用油后转动的角度Φ，再读取三个不同角度线偏振分量的光强，分别记为I0，I+45，I-45，I90；
d.计算出样品的旋光率，偏振态参数,偏振度及其偏振角，将计算出的数值与数据库中存储的标准食用油的数据进行比较，便可判断出食用油的优劣。
8.根据权利要求7所述的判断方法，其特征在于，步骤d中，
旋光率的计算：                                                
Φ：旋光度rad，α：旋光率rad·ml/g·mm，C：样品浓度g/ml，L：容器长度mm；
偏振态参数及偏振度的计算：
根据偏振光的Stokes描述式，
Figure 364697DEST_PATH_IMAGE002
得偏振参数：I=I0+I90，Q=I90-I0，U= I+45-I-45
偏振度P=(Q2+U2)1/2/I，偏振角θ=1/2[tan-1(U/Q)]。
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