CN110763648A - 一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，包括红外辐射光源，准直模块，衰减全反射晶体，多窗口探测器，信号采集电路，控制及处理电路；红外辐射光源输出红外光线；准直模块将红外光进行准直为平行光；衰减全反射晶体采集平行光，进行衰减全反射后形成出射光；多窗口探测器包含参考光通道和测量光通道，出射光一部分被参考窗通道接收作为参考光，另一部分被测量窗通道接收作为测量光，两部分光分别透过红外带通滤光片后通过光电转换器采集转化为电信号，信号采集电路获取电信号并数字化传输到控制及处理电路；通过对比电信号分析得出待测样品中硝酸盐含量。本发明解决了现有硝酸盐检测技术高成本、低便携性、工序繁琐的问题。
Description
技术领域
本发明涉及果蔬质量安全的检测装置，特别是一种基于红外光谱吸收法的快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置。
背景技术
随着科技的发展和人类生活水平的提高，食品安全检测越来越受到重视。在水果、蔬菜等植物种植的过程中，由于不正确的种植或过量氮肥的施用，导致越来越多的硝酸盐在果蔬内聚集。研究表明，硝酸盐在人体内可以被还原成亚硝酸盐，如果亚硝酸盐积累过多，一方面能使人缺氧中毒，另一方面，亚硝酸盐可在酸性条件下与次级胺结合形成亚硝胺，容易导致消化系统发生癌变。然而，人体射入的硝酸盐大多数来源于蔬菜、水果等植物，及时了解果蔬中的硝酸盐含量对人类健康及食品选择有指导意义。
目前常用的硝酸盐检测方法有比色法、紫外分光光度法、离子色谱法、离子专用电极法等，需要对样品进行复杂的前处理，并到实验室条件下进行检测，存在仪器设备昂贵，需要专用的检测人员操作，工序繁琐、便携性差等多方面的弊端，在检测仪器的推广普及方面缺乏可操作性，因而制约了果蔬中硝酸盐含量快速检测的普及应用。
发明内容
发明目的：本发明目的是针对现有的硝酸盐检测技术高成本、低便携性、工序繁琐的问题，提出一种可以在现场快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：包括红外辐射光源、准直模块、衰减全反射晶体、多窗口探测器、信号采集电路、控制及处理电路；
红外辐射光源输出红外光线；
准直模块将红外光进行准直，得到平行光；
衰减全反射晶体采集平行光，进行衰减全反射后形成出射光，待测样品置于衰减全反射晶体上方；
多窗口探测器包含至少一个参考光通道和至少一个测量光通道，参考光通道和测量光通道均设有光电转换器和红外带通滤光片，出射光的一部分被参考窗通道接收作为参考光，另一部分被测量窗通道接收作为测量光，参考光透过红外带通滤光片后通过光电转换器采集转化为参考光电信号，测量光透过红外带通滤光片后通过光电转换器采集转化为测量光电信号；
信号采集电路获取参考光电信号和测量光电信号并数字化传输到控制及处理电路；
控制及处理电路通过对比参考光电信号和测量光电信号，分析得出待测样品中硝酸盐的含量。
进一步的，所述红外辐射光源通过光源驱动电路驱动，间断性的输出红外光线。
进一步的，所述准直模块是透镜或曲面反射镜。
进一步的，所述衰减全反射晶体材质是硒化锌、硫化锌、锗或金刚石。
进一步的，所述控制及处理电路连接触控屏。
有益效果：本发明本基于衰减全反射的红外光谱吸收原理，红外光线在晶体介质和样品界面发射全反射时，产生倏逝波并进入样品传播一段距离，并被样品中硝酸盐的分子振动吸收特定光谱，通过对光强信号的处理，实现对果蔬中硝酸盐的快速检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为多窗口探测器的结构示意图；
图3为多窗口探测器内部光路示意图；
图中：1-红外辐射光源；2-衰减全反射晶体；3-待测样品；4-多窗口探测器；5-光源驱动电路；6-信号采集电路；7-控制及处理电路；8-触控屏；9-准直模块；10-红外带通滤光片；11-光电转换器；12-参考光通道；13-测量光通道。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，包括红外辐射光源1、准直模块9、衰减全反射晶体2、多窗口探测器4、光源驱动电路5、信号采集电路6、控制及处理电路7。
红外辐射光源1通过光源驱动电路5驱动，间断性的输出红外光线。
准直模块9将红外辐射光源1输出的红外光进行准直，得到平行光。准直模块9可以是透射式元件，如透镜；或反射式元件，如曲面反射镜。
衰减全反射晶体材质通常采用硒化锌、硫化锌、锗或金刚石，其具备两个特点：透射红外和大折射率，折射率需大于待测样品3。衰减全反射晶体2采集经准直模块9准直的平行光，平行光在衰减全反射晶体2内进行衰减全反射后形成出射光。将从果蔬中萃取的数滴汁液作为待测样品3，将其滴到衰减全反射晶体2上方。
如图2和3所示，多窗口探测器4包含至少一个参考光通道12和至少一个测量光通道13，参考光通道12和测量光通道13均设有光电转换器11和红外带通滤光片10，红外带通滤光片10封装在光电转换器11前端。红外带通滤光片10可以选择性地透过特定波长的红外光。参考光通道12的红外带通滤光片10中心波长3.9um或者6.5um，带宽0.2um，测量光通道13的红外带通滤光片10中心波长7.2um，带宽0.4um。
出射光的一部分被参考窗通道12接收作为参考光，另一部分被测量窗通道13接收作为测量光，参考光透过红外带通滤光片10后通过光电转换器11采集转化为参考光电信号，测量光透过红外带通滤光片10后通过光电转换器11采集转化为测量光电信号。
信号采集电路6获取参考光电信号和测量光电信号并数字化传输到控制及处理电路7。控制及处理电路通过对比参考光电信号和测量光电信号，分析得出待测样品中硝酸盐的含量。控制及处理电路连接触控屏，用于通过触控屏输入控制命令。
本发明装置的具体工作过程如下：
用户通过触控屏8输入控制命令，红外辐射光源1在驱动电路5的控制下发射出间断的红外光线，光谱范围包含1～14um，光线经准直模块9后被矫正为近似平行光并射入衰减全反射晶体2，在待测样品3的界面上以大于临界角的角度入射，发射全反射，并产生微米级深度的倏逝波通过待测样品3，并被样品3中的硝酸盐分子吸收特定的光谱而产生衰减，衰减后的光线继续传播射到多窗口探测器4，一部分被参考窗通道接收，另一部分被测量窗通道接收，两部分光线分别通过红外带通滤光片10各自选择性地透过特定波长的红外光，然后通过光电转换器11采集转化为参考光电信号测量和光电信号。两路信号被采集电路6获取并数字化传输到处理电路7，得到参考光和测量光分别透过红外带通滤光片10后的总光强，通过对比分析，可以计算出样品3中硝酸盐的含量。
具体的分析方法包括：先采用不同标准浓度的样本做数据库。每种浓度的样本，同时采集参考通道和测量通道的光强度，并做归一化处理。再将不同浓度的标准样本的测试结果做连续拟合，以获得标定的曲线，这样就完成数据库标定。在实际测试时，测量数据做归一化处理后，在标定曲线中即可计算出对应的浓度值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：包括红外辐射光源、准直模块、衰减全反射晶体、多窗口探测器、信号采集电路、控制及处理电路；
红外辐射光源输出红外光线；
准直模块将红外光进行准直，得到平行光；
衰减全反射晶体采集平行光，进行衰减全反射后形成出射光，待测样品置于衰减全反射晶体上方；
多窗口探测器包含至少一个参考光通道和至少一个测量光通道，参考光通道和测量光通道均设有光电转换器和红外带通滤光片，出射光的一部分被参考窗通道接收作为参考光，另一部分被测量窗通道接收作为测量光，参考光透过红外带通滤光片后通过光电转换器采集转化为参考光电信号，测量光透过红外带通滤光片后通过光电转换器采集转化为测量光电信号；
信号采集电路获取参考光电信号和测量光电信号并数字化传输到控制及处理电路；
控制及处理电路通过对比参考光电信号和测量光电信号，分析得出待测样品中硝酸盐的含量。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：所述红外辐射光源通过光源驱动电路驱动，间断性的输出红外光线。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：所述准直模块是透镜或曲面反射镜。
4.根据权利要求1所述的一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：所述衰减全反射晶体材质是硒化锌、硫化锌、锗或金刚石。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速检测果蔬中硝酸盐含量的便携式装置，其特征在于：所述控制及处理电路连接触控屏。
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