CN201532362U - 激光鲜乳乳糖成分测定仪 - Google Patents

Abstract

激光鲜乳乳糖成分测定仪，它涉及一种鲜乳乳糖成分测定仪。本实用新型解决了现有鲜乳乳糖成分测试仪器不能同时满足测试速度快和操作简单的要求，进而不适宜在线测量的问题。本实用新型包括He-Ne激光器(1)、第一光阑(2)、衰减片(3)、第一试样盒(4)、第二光阑(2-1)、CCD探测器(5)、信号传输电路(6)和计算机(7)，所述He-Ne激光器(1)输出的光信号经第一试样盒(4)折射后的光信号入射至CCD探测器(5)，CCD探测器(5)将所获得的入射光信号的光强分布信号经信号传输电路(6)输送至计算机(7)。本实用新型适用于在乳品工业发展过程中指导生产，进而保证产品质量。

Description

激光鲜乳乳糖成分测定仪

技术领域

本实用新型涉及一种鲜乳乳糖成分测定仪。

背景技术

鲜乳乳糖测试技术已经经过了长时间的发展，最早，在十九世纪末就出现了一些乳糖检测方法，到二十世纪八、九十年代，已经有了很多较成熟的测试方法，主要有以下几种：

1.旋光仪法

牛乳中的糖类是乳糖，乳糖属于还原性糖，为白色粉末，有变旋现象。因此乳糖的水溶液具有光学活性，可使偏振光的偏振面旋转，当光的波长、温度和液层厚度一定时，溶液中乳糖的质量分数与偏振光面旋转角度成比例，因此可用旋光仪测定牛乳中乳糖的含量。本法需旋光仪、钠光灯，操作简便、快速，但精确度不高。

2.酶法

利用乳糖酶在适当条件下水解乳糖，使之产生等摩尔的葡萄糖与半乳糖混合物，再用Peridochrom试剂测定葡萄糖的量，反应产物在510nm处有吸收峰，从而可计算出乳糖的含量。但由于酶的不完全特异性而产生的副反应和由于酶制剂中的杂质而含有的所谓外来活力，会导致被测试样的一些成分产生不期望发生的变化，因此酶法有一定的局限性。

3.直接滴定法

本法又称快速法，它是在蓝一爱农容量法基础上发展起来的，其特点是试剂用量少，操作和计算都比较简便、快速，滴定终点明显，但操作复杂、费时。本法是国家标准分析方法。

4.高锰酸钾滴定法

本法是国家标准分析方法，有色样液也不受限制。方法的准确度高，重现性好，准确度和重现性都优于直接滴定法。但操作复杂、费时，需使用特制的高锰酸钾法糖类检索表。

5.高效液相色谱法

本法又称高压液相色谱法，简称HPLC，是继气相色谱之后，70年代初发展起来的一种以液体作为流动相的新的色谱技术。本法是液相色谱的一个分支，它利用固体微粒作固定相，以高压下的液体作流动相，将样品溶液注入色谱拄中，其被测组分用一种溶剂进行洗脱，所不同的是，因为进样量少，而且需要施加高压使流动相通过色谱柱，并从洗脱液里检测被测组分。因此，所需要的设备比常规柱色谱要复杂得多，精致得多。

高效液相色谱法具有分离效率高、速度快、流动性可选择性范围宽、灵敏度高、色谱柱可反复使用、流出组分容易收集、安全等优点，但是它存在着操作复杂、使用费用昂贵的缺点。

由于现有检测方法或操作复杂，或费用昂贵，或测试速度慢，或测量精度低，且不适宜在线测量，不能根据检测结果指导生产，只能采取盲目生产的方式，产品质量很难提高。

实用新型内容

为了解决现有鲜乳乳糖成分测试仪器不能同时满足测试速度快和操作简单的要求，进而不适宜在线测量的问题，本实用新型提供一种激光鲜乳乳糖成分测定仪。

本实用新型包括He-Ne激光器、第一光阑、衰减片、第一试样盒、第二光阑、CCD探测器、信号传输电路和计算机，所述He-Ne激光器输出的光信号依次通过第一光阑和衰减片，经衰减片衰减后的光信号以第一入射角入射至第一试样盒，经第一试样盒折射后的光信号通过第二光阑入射至CCD探测器，CCD探测器将所获得的入射光信号的光强分布信号经信号传输电路输送至计算机，所述第一入射角在65°～80°之间。

本实用新型的测试原理为：He-Ne激光器发出激光通过第一试样盒，所述试样盒内置待测乳糖溶液，在距离所述试样盒一定距离处设置一线阵CCD探测器，用于接收折射光线，所述CCD探测器上的光斑位置为D，CCD上的光强分布信号通过信号传输电路被计算机接收，所述计算机对接收到的信号数据进行分析，找到光斑中心位置D，当光从一种物质射入另一种物质时要发生折射，每种物质对折射率的影响不同，对于待测溶液，它的折射率n是溶质质量分数C、温度T和入射光波长λ的函数，即n＝f(C，T，λ)，对于一定的温度T和入射光波长λ，溶质质量分数C与其折射率n之间存在着一一对应关系：C＝g(n)＝f^-1(n)，折射光线的折射角反应了溶液折射率n的大小，即C与D有确定的函数关系，：C＝f(D)，溶质质量分数C不同的鲜乳溶液对应不同的D，测出一系列的C值和D值，计算出C与D之间的函数关系：C＝f(D)，以所计算出的关于C和D的函数为标准，进行溶质质量分数未知的乳糖溶液的测量。

本实用新型的有益效果为：本实用新型基于光折射法并采用CCD探测器接收到的激光光束点的像素点的位置实现了鲜乳乳糖成分的测定，本实用新型测试设备简单且价格低廉、测试快速且精度高(0.077％)，适于在线测量。本实用新型提供了一种易于推广使用的在线测量鲜乳乳糖成分测定仪。

附图说明

图1是本实用新型的装置示意图；图2是具体实施方式二中的第一试样盒4(单试样盒)结构示意图；图3是具体实施方式二中的标准拟合曲线示意图；图4是具体实施方式三中的标准拟合曲线示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：根据说明书附图1具体说明本实施方式，本实施方式包括He-Ne激光器1、第一光阑2、衰减片3、第一试样盒4、第二光阑2-1、CCD探测器5、信号传输电路6和计算机7，所述He-Ne激光器1输出的光信号依次通过第一光阑2和衰减片3，经衰减片3衰减后的光信号以第一入射角i1入射至第一试样盒4，经第一试样盒4折射后的光信号通过第二光阑2-1入射至CCD探测器5，CCD探测器5将所获得的入射光信号的光强分布信号经信号传输电路输送至计算机7，所述第一入射角i1在65°～80°之间。

本实施方式中所述第一光阑2用于调节入射到第一试样盒4中的光束质量。

本实施方式中所述衰减片3用于调节入射到CCD探测器5中的光强，以使CCD探测器5正常工作。

本实施方式中测量鲜乳乳糖成分的具体测试过程为：

第一：打开He-Ne激光器1预热半小时，使激光光源稳定；

第二：将CCD探测器5与计算机1通过信号传输电路6连接，并打开计算机1中的数据接收程序；

第三：调整第一光阑2、衰减片3和第一试样盒4，使He-Ne激光器1的输出激光以第一入射角i1入射至第一试样盒4；

第四：定零点，具体为：首先令第一试样盒4为空，然后往第一试样盒4中加蒸馏水，使CCD探测器5开始接收光强分布信号的数据，通过信号传输电路6将所述数据转换为计算机7可识别信号，并将所述可识别信号输入计算机7，进而获得一个关于激光打在所述探测器上的中心位置数据，并把所述中心位置数据当成测试的零点位置；

第五：放出蒸馏水，并放入待测鲜乳溶液，使CCD探测器5再次接收光强分布信号的数据，并通过信号传输电路6输入至计算机7中，进而利用计算机7中数据接收程序获得关于激光打在CCD探测器5上的像素点中心位置d；

第六：重复第四步骤和第五步骤，且每次待测鲜乳溶质质量分数c不同，获得多个像素点中心位置数据，根据所获得实验数据，以溶质质量分数c为纵坐标，光束落在CCD探测器5上的像素点中心位置d为横坐标，绘制鲜乳乳糖质量分数测试的拟合曲线；

第七：当再次重复第四步骤和第五步骤获得像素点中心位置d时，根据所述拟合曲线，即可测定鲜乳乳糖成分。

本实施方式中所述计算机7工作在DOS操作系统下，利用Turbo C程序设计语言编制数据接收程序，所述数据接收程序通过数据采集系统(单片机系统)实现像素点中心位置数据的采集和分析，所述数据采集系统(单片机系统)与计算机7通过RS-232C标准接口进行数据交互，在进行数据传输时所述计算机7与单片机系统采用相同格式，即均采用异步通讯方式，波特率4800，1位起始位，8位数据，1位结束位。

本实施方式中数据接收程序首先进行计算机7与单片机系统的数据应答信号同步，具体为：计算机7向单片机系统发送一特殊数据，单片机系统正确接收该数据后，再向计算机7发送一数据，所述数据如果被计算机正确接收，则表示计算机7与单片机系统同步成功，如果同步不成功，则提示线路错误并由测试者选择是否进行下一次同步，如果同步成功，则进入测试界面，准备测试；测试过程主要分为两大模块，即为数据采集模块和数据分析模块：当进行采集数据时，先利用DOS中断初始化串行口，然后向单片机系统发送请求数据传送信息，所述请求得到允许后，计算机7按先后顺序读取光强分布信号，并存储在一个数据链表中，将光强的最大值点作为光斑位置数据，根据所述链表中的位置数据画出光强按位置的分布曲线，进而找出光强最大值所对应的光斑位置数据作为像素点中心位置数据。这就是数据分析模块的内容。

具体实施方式二：根据说明书附图2具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于第一入射角i1为65°，第一试样盒4的顶角α为90°，经第一试样盒4的出射光束与所述试样盒的交点距CCD探测器5的光束接收位置的第一直线距离L为60cm，第一试样盒4由空心三棱柱8和一块平面铝合金底板9胶合成，且所述第一试样盒4一端开口，所述空心三棱柱8由三块长方形光学玻璃胶合成，所述平面铝合金底板9的中心开有排液孔10。

本实施方式中采用单试样盒(第一试样盒4)在室温下利用乳糖质量分数c不同的鲜乳溶液进行了五组实验，获得了五组实验数据，利用所获得的实验数据得到一条如图3所示的标准拟合曲线，所述曲线的标准方程为：Y＝-0.26813+5.171522E-4X，由标准方程可得测试精度为

$\frac{\mathrm{\ΔX}}{\mathrm{\ΔY}}=\frac{{10}^4}{5.71522}---\left(1\right)$

当ΔY＝0.1时，ΔX＝175，即Δ(c)＝0.1％时，Δd＝175，说明乳糖质量分数变化0.1％，CCD上接收到的激光点移动175个像素位置，这说明本实施方式完全可以达到0.1％的测试精确度。

具体实施方式三：根据说明书附图1具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二的不同之处在于它增加了一个第二试样盒4-1，所述第二试样盒4-1置于第一试样盒4与第二光阑2-1之间，经第一试样盒4-1折射后输出光以第二入射角i2入射至第二试样盒4-1，所述第二入射角i2与第一入射角i1相等，经第二试样盒4-1的出射光束与所述第二试样盒的交点距CCD探测器5的光束接收位置的第二直线距离L2为40cm。

本实施方式中采用双试样盒(第一试样盒4和第二试样盒4-1)在室温下利用乳糖质量分数c不同的鲜乳溶液进行了三组实验，获得了三组实验数据，利用所获得的实验数据得到一条如图4所示的标准拟合曲线，所述曲线的标准方程为：Y＝-0.1498+4.41164E-4X，由标准方程可得测试精度为

$\frac{\mathrm{\ΔX}}{\mathrm{\ΔY}}=\frac{{10}^4}{4.41164}---\left(2\right)$

当ΔY＝0.1时，ΔX＝227，即Δc＝0.1％时，Δd＝227，结合室温下单试样盒测试数据处理结果：浓度变化0.1％，CCD探测器7上接收到的激光点移动175个像素位置，有：227/175＝1.3，即采用双试样盒的测量精度为单试样盒的1.3倍，即为0.077％。

Claims (3)

1.激光鲜乳乳糖成分测定仪，其特征在于它包括He-Ne激光器(1)、第一光阑(2)、衰减片(3)、第一试样盒(4)、第二光阑(2-1)、CCD探测器(5)、信号传输电路(6)和计算机(7)，所述He-Ne激光器(1)输出的光信号依次通过第一光阑(2)和衰减片(3)，经衰减片(3)衰减后的光信号以第一入射角(i1)入射至第一试样盒(4)，经第一试样盒(4)折射后的光信号通过第二光阑(2-1)入射至CCD探测器(5)，CCD探测器(5)将所获得的入射光信号的光强分布信号经信号传输电路(6)输送至计算机(7)，所述第一入射角(i1)在65°～80°之间。

2.根据权利要求1所述的激光鲜乳乳糖成分测定仪，其特征在于第一入射角(i1)为65°，第一试样盒(4)的顶角(α)为90°，经第一试样盒(4)的出射光束与所述试样盒的交点距CCD探测器(5)的光束接收位置的第一直线距离(L)为60cm，第一试样盒(4)由空心三棱柱(8)和一块平面铝合金底板(9)胶合成，且所述第一试样盒(4)一端开口，所述空心三棱柱(8)由三块长方形光学玻璃胶合成，所述平面铝合金底板(9)的中心开有排液孔(10)。

3.根据权利要求1或2所述的激光鲜乳乳糖成分测定仪，其特征在于它增加了一个第二试样盒(4-1)，所述第二试样盒(4-1)置于第一试样盒(4)与第二光阑(2-1)之间，经第一试样盒(4-1)折射后输出光以第二入射角(i2)入射至第二试样盒(4-1)，所述第二入射角(i2)与第一入射角(i1)相等，经第二试样盒(4-1)的出射光束与所述第二试样盒的交点距CCD探测器(5)的光束接收位置的第二直线距离(L2)为40cm。

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