CN107764794A - 利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置 - Google Patents

利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置 Download PDF

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Abstract

利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，采用脉冲激光束对干燥压片的猪肉样品进行烧蚀击穿产生等离子体；由OPO激光器将输出激光波长调节为待测元素原子的共振激发波长，调节位置调节机构以控制OPO聚焦透镜三维空间位置的移动，从而使OPO激光束聚焦在等离子体中心位置，待测元素原子吸收能量跃迁，进而发射荧光光谱，由球面反射镜对等离子体进行空间约束，从而使尽可能多的等离子体被等离子体采集消色差透镜组聚焦后通过光纤探头收集传输到光谱仪，光谱仪将接收到的光谱信号转换成电信号后传输至处理终端，由处理终端对检测的光谱进行比对，从而实现快速、准确、绿色检测。

Description

利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的 装置
技术领域
本发明涉及肉类质量检测技术领域，尤其涉及一种利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置。
背景技术
猪肉在全世界尤其是我国居民长期以来的主要肉食来源，从1992年起我国就已经超越美国成为世界最大的猪肉消费国。对猪肉的巨大需求催生了生猪养殖业的发展，但某些养殖户为追求利润，通过喂食添加重金属的饲料以促进生猪快速生长。据《2015年奥特奇重金属调查报告》数据显示，30％的全价饲料、预混料、无机矿物质及有机矿物质等饲料原材料样本中含有重金属，且含量超过欧盟饲料安全可接受的标准。喂食重金属超标的饲料导致猪肉及猪产品存在极大的潜在风险，从而进一步对生态环境及人类的身体健康带来威胁。鉴于我国生猪供应以家庭猪圈、养猪专业户与商业农场为主要模式的国情，从源头上对生猪饲养及猪肉流通过程质量监管存在一定的困难，而重金属污染属于持续存在的风险，可行的办法是对猪肉质量安全进行检测。
传统检测猪肉重金属的方法如原子吸收光谱法AAS，此方法虽然稳定、灵敏度高，但是样品前处理工序复杂，还可能带来化学二次污染，不符合绿色检测的需求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，包括可调三波长激光器、高反射镜、样品聚焦透镜、球面反射镜、二维旋转平台、位置调节机构、等离子体采集消色差透镜组、光纤探头、光谱仪、处理终端、OPO聚焦透镜、数字延时发生器及OPO激光器，所述可调三波长激光器输出的脉冲激光束与高反射镜处于同一平面，且高反射镜位于可调三波长激光器的水平方向45°，样品聚焦透镜设置在高反射镜正下方；所述二维旋转平台置于样品聚焦透镜正下方，二维旋转平台上放置有用于通过脉冲激光束进行烧蚀击穿产生等离子体的猪肉样品；二维旋转平台斜上方设有采集角度可调节的等离子体采集消色差透镜组，球面反射镜设置在二维旋转平台后方；所述光纤探头置于等离子体采集消色差透镜组的斜上方，并与光谱仪连接，光谱仪与处理终端连接；所述OPO聚焦透镜安装在位置调节机构上，通过位置调节机构三维调节OPO聚焦透镜位置；所述三波长激光器、OPO激光器、光谱仪分别与数字延时发生器连接；所述等离子体由等离子体采集消色差透镜组聚焦后再通过光纤探头收集传输到光谱仪，光谱仪将接收的光谱信号转换为电信号传输给处理终端；同时OPO激光器与OPO聚焦透镜产生的OPO激光束、等离子体始终处于同一平面。
在本发明中，所述可调三波长激光器为Nd-YAG可调三波长激光器。
在本发明中，所述光谱仪集成有像素为1024x256的增强型CCD(ICCD)探测器，光谱分辨率更高。
在本发明中，所述光纤探头通过光纤与光谱仪连接。
在本发明中，所述位置调节机构包括导轨、滑块及导柱，OPO聚焦透镜安装在导柱上，导柱安装在滑块上，滑块置于导轨上，通过滑块与导柱三维调节OPO聚焦透镜位置。
在本发明中，所述三波长激光器通过第一控制电缆、OPO激光器通过第二控制电缆、光谱仪通过第三控制电缆与数字延时发生器连接。
在本发明中，所述二维旋转平台包括圆盘与转轴，转轴安装在圆盘底部，通过转轴精确控制圆盘旋转的角速度、线速度、加速度，以满足脉冲激光束均匀击打在猪肉样品表面，有效保证离焦量的一致性。
在本发明中，所述等离子体采集消色差透镜组包括两片消色差透镜。
在本发明中，通过可调三波长激光器产生的脉冲激光束对干燥压片的猪肉样品进行烧蚀击穿产生等离子体，而后由OPO激光器将输出激光波长调节为待测元素原子的共振激发波长，从而特征增强待测元素原子谱线强度，极大提高激光诱导击穿光谱灵敏度，实现对目标元素原子特定激发；再调节位置调节机构以控制OPO聚焦透镜三维空间位置的移动，从而使OPO激光束聚焦在等离子体中心位置，待测元素原子吸收能量跃迁，进而发射荧光光谱；由球面反射镜对等离子体进行空间约束，从而使尽可能多的等离子体被等离子体采集消色差透镜组聚焦后通过光纤探头收集传输到光谱仪，光谱仪将接收到的光谱信号转换成电信号后传输至处理终端，同时，数字延时发生器精确控制可调三波长激光器、OPO激光器、光谱仪之间的时序关系，最后由处理终端对检测的光谱进行比对，从而实现快速、准确、绿色检测。
有益效果：本发明通过球面反射镜对等离子体进行空间约束，并采用消色差透镜组以满足球差和慧差要求，实现最小色差要求，且通过调节位置调节机构以控制OPO聚焦透镜三维空间位置的移动，使得OPO激光束击打在等离子体中心位置，从而实现OPO激光对待测元素原子进行特征激发，增强目标元素谱线强度，大幅度提高检测灵敏度。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，包括Nd-YAG可调三波长激光器1、脉冲激光束2、高反射镜3、样品聚焦透镜4、等离子体5、球面反射镜6、二维旋转平台7、猪肉样品8、导轨9、滑块10、导柱11、OPO激光束12、等离子体采集消色差透镜组13、等离子体束14、光纤探头15、光纤16、光谱仪17、电脑18、第四控制电缆19、第三控制电缆20、OPO聚焦透镜21、数字延时发生器22、OPO激光器23、第二控制电缆24及第一控制电缆25；所述Nd-YAG可调三波长激光器1可输出波长为1064nm、532nm、355nm的脉冲激光束2；并在Nd-YAG可调三波长激光器1的水平45°方向设有高反射镜3，高反射镜3正下方设有样品聚焦透镜4；所述二维旋转平台7置于样品聚焦透镜4正下方，二维旋转平台7上放置有用于通过脉冲激光束2进行烧蚀击穿产生等离子体5的猪肉样品8；二维旋转平台7斜上方设有采集角度可调节的等离子体采集消色差透镜组13；二维旋转平台7后方设置有球面反射镜6；所述光纤探头15通过光纤16与光谱仪17连接；所述OPO聚焦透镜21安装在导柱11上，导柱11安装在滑块10上，滑块10置于导轨9上，通过滑块10与导柱11三维调节OPO聚焦透镜21位置；所述三波长激光器1、OPO激光器23、光谱仪17分别通过第一控制电缆25、第二控制电缆24、第三控制电缆20与数字延时发生器22连接；所述等离子体5由等离子体采集消色差透镜组13聚焦后再通过光纤探头15收集，光纤探头15经光纤16将采集的等离子体束14传输到光谱仪17，光谱仪17将接收的光谱信号转换为电信号通过第四控制电缆19传输给电脑18；且OPO激光器23与OPO聚焦透镜21产生的OPO激光束12、等离子体5始终处于同一平面。
在本实施例中，所述光谱仪17集成有像素为1024x256的增强型CCD(ICCD)探测器，光谱分辨率更高。
在本实施例中，所述二维旋转平台7可精确控制旋转的角速度、线速度、加速度，以满足脉冲激光束2均匀击打在猪肉样品8表面，有效保证离焦量的一致性。
在本实施例中，所述猪肉样品8经真空干燥、粉碎、过筛、压片等物理前处理，以控制其颗粒度、平整度、粘合度、结合度，进而提高其检测稳定性、准确度，无需复杂的样本前处理，其处理检测过程简单、绿色。
在本实施例中，采用脉冲激光束2对干燥压片的猪肉样品8进行烧蚀击穿产生等离子体5，而后由OPO激光器23将输出激光波长调节为待测元素原子的共振激发波长，从而特征增强待测元素原子谱线强度，极大提高激光诱导击穿光谱灵敏度，实现对目标元素原子特定激发，大幅度提高检测灵敏度；通过调节导轨9、滑块10、导柱11控制OPO聚焦透镜21三维空间位置的移动，从而使OPO激光束12聚焦在等离子体5中心位置，待测元素原子吸收能量跃迁，发射荧光光谱；通过球面反射镜6对等离子体5进行空间约束，从而使尽可能多的等离子体5被等离子体采集消色差透镜组13聚焦后通过光纤探头15收集传输到光谱仪17，进而提高检测灵敏度，采用等离子体采集消色差透镜组13可满足球差和慧差要求，实现最小色差要求，透射波长范围更广，从而减少等离子损耗，光谱仪17将接收到的光谱信号转换成电信号后传输至电脑18，同时，数字延时发生器22精确控制Nd-YAG可调三波长激光器1、OPO激光器23、光谱仪17之间的时序关系，由电脑18对猪肉样品8检测的光谱进行比对，从而实现快速、准确、绿色检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，包括可调三波长激光器、高反射镜、样品聚焦透镜、球面反射镜、二维旋转平台、位置调节机构、等离子体采集消色差透镜组、光纤探头、光谱仪、处理终端、OPO聚焦透镜、数字延时发生器及OPO激光器，其特征在于，所述可调三波长激光器输出的脉冲激光束与高反射镜处于同一平面，且高反射镜位于可调三波长激光器的水平方向45°，样品聚焦透镜设置在高反射镜正下方；所述二维旋转平台置于样品聚焦透镜正下方，二维旋转平台上放置有用于通过脉冲激光束进行烧蚀击穿产生等离子体的猪肉样品；二维旋转平台斜上方设有采集角度可调节的等离子体采集消色差透镜组，球面反射镜设置在二维旋转平台后方；所述光纤探头置于等离子体采集消色差透镜组的斜上方，并与光谱仪连接，光谱仪与处理终端连接；所述OPO聚焦透镜安装在位置调节机构上，通过位置调节机构三维调节OPO聚焦透镜位置；所述三波长激光器、OPO激光器、光谱仪分别与数字延时发生器连接；所述等离子体由等离子体采集消色差透镜组聚焦后再通过光纤探头收集传输到光谱仪，光谱仪将接收的光谱信号转换为电信号传输给处理终端；同时OPO激光器与OPO聚焦透镜产生的OPO激光束、等离子体始终处于同一平面。
2.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述可调三波长激光器为Nd-YAG可调三波长激光器。
3.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述光谱仪集成有像素为1024x256的增强型CCD探测器。
4.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述光纤探头通过光纤与光谱仪连接。
5.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述位置调节机构包括导轨、滑块及导柱，OPO聚焦透镜安装在导柱上，导柱安装在滑块上，滑块置于导轨上。
6.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述三波长激光器通过第一控制电缆、OPO激光器通过第二控制电缆、光谱仪通过第三控制电缆与数字延时发生器连接。
7.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述二维旋转平台包括圆盘与转轴，转轴安装在圆盘底部。
8.根据权利要求1所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，所述等离子体采集消色差透镜组包括两片消色差透镜。
9.根据权利要求1～8任一项所述的利用可调谐共振激光诱导击穿光谱检测猪肉重金属分布的装置，其特征在于，通过可调三波长激光器产生的脉冲激光束对干燥压片的猪肉样品进行烧蚀击穿产生等离子体，而后由OPO激光器将输出激光波长调节为待测元素原子的共振激发波长，从而特征增强待测元素原子谱线强度，极大提高激光诱导击穿光谱灵敏度，实现对目标元素原子特定激发；再调节位置调节机构以控制OPO聚焦透镜三维空间位置的移动，从而使OPO激光束聚焦在等离子体中心位置，待测元素原子吸收能量跃迁，进而发射荧光光谱；由球面反射镜对等离子体进行空间约束，从而使尽可能多的等离子体被等离子体采集消色差透镜组聚焦后通过光纤探头收集传输到光谱仪，光谱仪将接收到的光谱信号转换成电信号后传输至处理终端，同时，数字延时发生器精确控制可调三波长激光器、OPO激光器、光谱仪之间的时序关系，最后由处理终端对检测的光谱进行比对，从而实现快速、准确、绿色检测。
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