小型便携式激光光谱仪食品检测应用研究

发布时间：2020-08-06 23:12

【摘要】：近年来,随着人们生活水平的不断提高,食品安全备受重视,食品安全检测方法也受到越来越多的关注。本文将生活中常见的白酒、地表水和食用油作为主要研究目标,在食品检测方面进行研究。本文基于自主研发的405nm激发波长的便携式光谱仪,采用拉曼光谱和荧光光谱分别研究了白酒中酒精含量,水中总氮含量以及食用大豆油的光谱特性。论文研究并总结了国内外食品检测技术发展的现状,并对目前几种典型的小型光谱仪进行简要介绍。同时,本文通过对荧光光谱和拉曼光谱原理的研究分析,探究了两种光谱的特征及应用。根据研究结果,本文决定利用拉曼光谱结合荧光光谱的方法进行具体的实验分析。首先,实验利用了乙醇和水分子的拉曼光谱特征实现了酒精含量的定量检测。通过对20%~100%不同浓度乙醇—纯水溶液的激光诱导拉曼光谱的检测,建立了乙醇和水的拉曼峰值比与乙醇浓度的对应关系,确定了线性拟合方程。同时,背景扣除算法有效降低了样品拉曼光谱中的荧光背景干扰,实现了对酒精度的定量检测。其次,对于水体总氮含量的研究,本文采用了传统的碱性过硫酸钾紫外分光光度法对采集的地表水样品进行了总氮含量的检测,结合DOM各组分的荧光光谱特征,确定了总氮含量与荧光特征峰的对应关系,通过对荧光光谱峰值强度与总氮含量值拟合得到的线性拟合方程,实现了水体总氮含量的定量检测。最后,为了进一步拓展小型便携式激光光谱仪的应用,本文对食用大豆油进行了实验分析。基于对食用大豆油的荧光光谱特性的理论分析,本文利用小型便携式光谱仪建立了三维荧光光谱检测系统,并对食用大豆油样品进行了三维荧光光谱检测,得到了信息更为全面的三维荧光光谱,发现了两个特征荧光峰,随后,同样利用小型便携式激光光谱仪对大豆油样品进行了二维激光诱导荧光光谱检测,分别测量了加热不同时间(10分钟,15分钟,20分钟,25分钟)的同一品牌大豆油样品的激发诱导荧光光谱,确定了荧光特征峰与样品加热时间的对应关系,实验结果表明荧光光谱中的第一特征峰强度整体呈增长趋势,第二特征峰呈持续下降趋势。本文对加热过程中可能发生的物质组成变化进行了研究分析,判断大豆油在此过程中可能产生的有害物质,为针对大豆油样品的质量检测提供依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TS207.3
【图文】：

结构图,高光谱,成像系统,结构图

图 1-5 高光谱成像系统结构图统中最重要的就是成像仪，通常由物镜、CCD 探测器在垂直方向上做横向扫描，成光栅光谱，与此同时，探测器随着检测光CCD探测器

分子结构图,酚酞,偶氮,平面结构

如图 2-2c）和 d）所示，图 2-2c）中的酚酞虽然与荧光黄的分子结构相似，但由于酚酞没有“氧桥”，不具备刚性平面结构，因此无法产生荧光，而图2-2d）中的偶氮菲则具备一定的刚性平面结构，所以偶氮菲能够产生弱荧光。- 16 -

原理图,光谱仪,原理图,拉曼特征峰

图 3-1 小型便携式光谱仪原理图度数检测原理主要运用的是基于拉曼散射效应的拉曼光谱分析技移值为 3400cm-1和 2930cm-1 [56]，根据式（2-9），可波长下乙醇和水的拉曼特征峰位置。因此，当激发水的拉曼特征峰位于 469.67nm，而乙醇的拉曼特征携式光谱仪首先测量了 50%浓度的乙醇—水溶液，出的数值相同，460 与 470nm 处分别有两个明显的I1和 I2。40006000dc）

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