CN204462012U - 一种基于pdms微流通道的橄榄油纯度测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，所述系统主要包括宽带光源、输入光纤、3dB耦合器、长周期光纤光栅、输出光纤、光功率计、聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道、塑料导管、注射泵、废液池。本实用新型根据长周期光纤光栅对折射率敏感的特性，因纯橄榄油和掺杂其他食用油的混合油折射率不同，光功率计测得的对应功率值就不同。将光源发出的一束光经3dB耦合器分成两路，分别测得光束经接触了被测油和纯橄榄油的长周期光纤光栅后的功率值，若二者功率值之差超过允许误差范围，则说明被测油不是纯的橄榄油。PDMS微流通道作为溶液的传输载体和封装载体，使检测结果更精准。该系统具有结构简单、成本低廉、直接实时、无污染、安全等特点。

Description

一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪

技术领域

本实用新型涉及鉴别橄榄油纯度检测技术、长周期光纤光栅传感、微流控领域，利用的是长周期光纤光栅对外界折射率敏感特性、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)能对溶液进行微流控制的特点，该测定仪含有体积小、响应速度快、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、直接实时等诸多优点。

背景技术

食品质量问题一直是社会极为关注的焦点，包括市面上出售的橄榄油，日常生活中很难能买到纯正的橄榄油。由于橄榄油成本高，一些不法商家为了谋取暴利，经常会在橄榄油里掺杂其他廉价的食用油，比如葵花油、花生油。这种做法不仅破坏消费市场，还给消费者的身体健康造成极大的影响，因此对橄榄油纯度的检测显得很有必要。而目前研究出的橄榄油纯度检测技术主要有色谱法、核磁共振法等，但是由于存在成本高、操作复杂等各种各样的缺点而无法真正普及到日常生活中，因此本实用新型提出一种简单、低成本、直接且实时的橄榄油纯度测定仪。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述产生的问题，满足人们的需求，提出一种基于PDMS的橄榄油纯度测定仪，该测定仪体积小、响应速度快、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、直接实时，应用前景广阔。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于PDMS的橄榄油纯度测定仪，由宽带光源、输入光纤、3dB耦合器、长周期光纤光栅、输出光纤、光功率计、PDMS微流通道、塑料导管、注射泵、废液池组成。

本实用新型所述宽带光源发出的光经输入光纤后被3dB耦合器分成两路， 其中一路光入射到被封装在由PDMS基片和PDMS底片合成的PDMS微流通道内部的长周期光纤光栅上，不同纯度的橄榄油样品在注射泵的动力下通过输入导管进入PDMS微流通道与长周期光纤光栅接触，从而使透射光发生变化，经输出光纤入射到光功率计，另一路光同理，得到纯橄榄油对应功率值，通过对比不同橄榄油样品和纯橄榄油对应的功率值，达到检测橄榄油纯度的目的。

本实用新型所述的宽带光源用作发出入射光，工作波长范围为650nm至1600nm，光谱范围能够包含所刻写的长周期光纤光栅的谐振波长。

本实用新型所述的光功率计工作波长范围为800nm～1700nm，探头类型为铟镓砷，功率测量范围为-50dB～+26dB，分辨率为0.01dB，具有FC/SC/ST通用接口，方便连接输出光纤，重量为310g，方便随身携带。

本实用新型所述的PDMS是最广泛实用的以硅为基础的有机聚合物材料，具有惰性、无毒、不易燃的特点。所制成的固态PDMS微流通道能精确到纳米级，该微流通道由PDMS基片和PDMS底片合成，将长周期光纤光栅放置在该微流通道里，能够排除外界温度变化和拉力、压力等硬性因素干扰，给予光栅与橄榄油溶液良好的接触反应空间。同时PDMS具有疏水性和防水性，可起到极好的封装作用，使用温度达到-40℃～200℃，完全能够满足日常的使用环境。另外，PDMS有光学透明的性质，能够方便观察被测油与长周期光纤光栅的接触情况。

本实用新型所述的塑料导管直径为1mm，分为输入导管和输出导管，两根导管分别插在PDMS的左右两侧用于引入溶液和引出溶液。橄榄油溶液装在注射器里在注射泵的动力下通过输入导管进入PDMS，当发现溶液从输出导管出来时，认为此时溶液和PDMS已经充分接触。每一组溶液检测完，注射异丙醇通过输入、输出导管进行反复清洗。

本实用新型所述的长周期光纤光栅是将单模光纤用二氧化碳激光器残余应力释放法刻写，并用HF腐蚀的方法提高长周期光纤光栅对外界折射率的敏感响应。由于不同纯度的橄榄油折射率变化不大，所以光谱的波长漂移较小，所幸观察发现透射光谱衰减峰强度变化大，为了方便检测，这里用衰减峰强度作为检测指标。由于橄榄油溶液的折射率都略高于长周期光纤光栅包层的折射率(1.45)，此时可用菲涅尔反射原理分析包层模式的光在长周期光纤光栅包层和介质分界面处的变化，表达式为：

$R={\left(\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}\right)}^2$

其中R为反射率，n₁和n₂分别表示长周期光纤光栅包层和橄榄油溶液的折射率。随着橄榄油溶液纯度的减小，折射率则增大，反射率便逐渐变小，谐振波长处的透射光强也就随之减小，即对应的透射光衰减峰的深度就会逐渐增大。因此不同的折射率下，谐振波长处的透射光衰减峰强度不同。而在室温下，纯橄榄油的折射率为1.4762，但其他食用油如纯葵花油的折射率为1.4751，纯花生油的折射率为1.4716，纯大豆油的折射率为1.4751、纯菜籽油的折射率为1.4729，则当两种或多种混合时得到的混合油的折射率一定小于纯橄榄油的折射率，因此只要测得纯橄榄油溶液注入到被PDMS封装的长周期光纤光栅上时的光功率值，再拿同一环境下被测油的光功率值，二者进行比较，功率值之差超出误差范围之外则说明被测油不是纯橄榄油。

本实用新型包括以下步骤：

(1)检测被测油前预热宽带光源几分钟，用光功率计测得长周期光纤光栅在空气中的功率值，将该值定为清洗标准。

(2)用装有被测油的注射器在注射泵的动力下通过输入导管进入PDMS，当有样品从输出导管出来时，可以认为此时样品和长周期光纤光栅已经充分接 触，停止注射泵工作，静置一段时间，等到光功率计上的功率值没有很大幅度变动时，记录其功率值，用同样的方法测得长周期光纤光栅在纯橄榄油中的功率值，两个功率值进行比较，就能确定该被测油中橄榄油纯度是否达到100％，若二者之差超出允许误差范围，则不是纯橄榄油。

(3)测试完毕后，用异丙醇从输入导管注入，清洗长周期光纤光栅表面，将被测油洗涤出去，异丙醇自身会挥发，等到光功率计上的功率值与(1)所测得的清洗标准相等时，则可认为已清洗完毕，等待下次使用。

本实用新型所具有的特点优势为：1.所有仪器材料都很普遍，系统结构简单，成本低廉；2.橄榄油纯度测定直接实时，且操作简单；3.将长周期光纤光栅放置在PDMS微流通道里能够排除更多外界干扰因素，保证仅有橄榄油纯度这个外界参数对长周期光纤光栅谐振峰进行作用，大大减小误差，使得到的结果更加精确，同时PDMS具有防水性，能对产品起到极好的封装作用；4.长周期光纤光栅为单模光纤用二氧化碳激光器残余应力释放法刻写而成，并用HF腐蚀的方法提高其对外界折射率的敏感响应，能够进一步减小误差；6.所有操作都没涉及危险药品，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2、图3、图4为本实用新型的实验结果图

具体实施方式

本实用新型适用的温湿度条件为：＞15℃，0-90％RH。

如图1所示，它是一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，宽带光源(1)的光谱范围为650nm-1650nm，发出的入射光通过输入光纤(2)进入3dB耦合器(3)分成两路，分别用来检测长周期光纤光栅在纯橄榄油和被测油中的 功率值，光束1进入由PDMS基片(6)和PDMS底片(9)合成的PDMS微流通道，其中装有长周期光纤光栅(8)，其谐振波长为1535.6nm，用装有被测油的注射器在注射泵(4)的动力下通过输入导管(5)进入PDMS，当有样品从输出导管(7)出来进入到废液池(12)时，停止注射泵工作，静置3分钟后，得到通过输出光纤(10)到达1535.6nm可测的光功率计(11)的功率值。依据同样的方法用光功率计(11)测得光束2经接触了纯橄榄油的长周期光纤光栅(8)后的功率值，两者功率值之差在允许误差之外时，说明该被测油不是纯的橄榄油。检测结束后，用异丙醇进行反复清洗，等待下一次使用。

如图2、图3、图4所示，这是在实验室得到的实验结果图。图2表示不同橄榄油纯度下的透射光谱，随着纯度减小，波长漂移变化不明显，但是衰减峰强度呈较为明显的减小趋势，这是因为不同纯度的橄榄油折射率变化不大，所以光谱的波长漂移较小，因此本实用新型中采用衰减峰强度作为检测标准，并用光功率计检测功率值来反映衰减峰强度。图3表示长周期光纤光栅衰减峰强度与样品的橄榄油纯度的变化关系。在混有橄榄油和葵花油的被测油中，透射光衰减峰强度与样品纯度基本呈线性，决定系数R²约为0.96。线性拟合直线的斜率为0.00704，即该长周期光纤光栅对样品纯度的测量灵敏度为0.00704dB/％。当橄榄油纯度从0％变化到100％，即在1.4702至1.4766折射率范围内得到0.704dB的强度变化。橄榄油纯度为95％时与纯橄榄油之差为0.019dB，橄榄油纯度为60％时，两者之差为0.255dB，该强度之差用所述光功率计完全可以检测到。并且如图4所示，橄榄油样品当中除了纯度为70％和80％时强度相对误差百分比高于0.14％外，剩余大部分样品纯度相对测量误差都低于0.1％，说明对样品纯度测量和计算值误差相对较小，保证了实验数据的精确性和可靠性。

本领域技术人员清楚地知道，根据本实用新型的方法，可以对其他食用油 的纯度进行检测，宽带光源、3dB耦合器、长周期光纤光栅、PDMS微流通道、光功率计可以进行新波长的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本实用新型的保护范围并不局限于以上实施例。

Claims (4)

1.一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，其特征在于由宽带光源(1)、输入光纤(2)、3dB耦合器(3)、注射泵(4)、输入导管(5)、PDMS基片(6)、输出导管(7)、长周期光纤光栅(8)、PDMS底片(9)、输出光纤(10)、光功率计(11)、废液池(12)组成，所述宽带光源(1)发出的光经输入光纤(2)后被3dB耦合器(3)分成两路，其中一路光入射到被封装在由PDMS基片(6)和PDMS底片(9)合成的PDMS微流通道内部的长周期光纤光栅(8)上，不同纯度的橄榄油样品在注射泵(4)的动力下通过输入导管(5)进入PDMS微流通道与长周期光纤光栅(8)接触，从而使透射光发生变化，经输出光纤(10)入射到光功率计(11)，另一路光同理，得到纯橄榄油对应功率值，通过对比不同橄榄油样品和纯橄榄油对应的功率值，达到检测橄榄油纯度的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，其特征是：所述宽带光源(1)工作波长范围为650nm至1650nm，光谱范围能够包含所刻写的长周期光纤光栅的谐振波长。

3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，其特征是：所述光功率计(11)工作波长范围为800nm～1700nm，探头类型为铟镓砷，功率测量范围为-50dB～+26dB，分辨率为0.01dB，具有FC/SC/ST通用接口，可以连接输出光纤，重量为310g。

4.根据权利要求1所述的一种基于PDMS微流通道的橄榄油纯度测定仪，其特征是：所述PDMS基片(6)和PDMS底片(9)是以硅为基础的有机聚合物材料。