基于色谱和成像技术的食品安全分析仪

发布时间：2020-05-16 18:54

【摘要】：健康的食品是人类生存发展的基本条件,在过去的几十年里,食品安全问题严重影响了人们的日常生活,引起社会各界人士的高度关注。解决食品安全问题的主要手段是对食品当中有害物质进行可靠、有效的检测,不管是农药残留物还是食品添加剂亦或是其它的一些有害成分,都应该被准确地检测出来。而色谱分析和成像技术发展迅猛,逐渐引导了现今食品安全检测的主流。本论文基于原有色谱和成像技术,研发了一台集成干式色谱检测模块、CMOS成像检测模块的一体化多检测仪器,一机兼容两机的检测功能。干式色谱检测模块可以采集显色试纸上不同颜色的光谱曲线,本文通过对光谱特征曲线的分析,在斜率法的基础上,提出更为合理的面积法物质浓度检测方法,对有害物质含量进行定性或者定量地分析。在现有干式色谱检测模块的D/8几何测量条件下,改进了电机拨片的安置位置,缩小了整个积分球结构的尺寸,使整个积分球外形更加美观。减少了拨片与部件摩擦的风险,增强了拨片转动的稳定性,从而可以优化仪器检测的重复性,提高仪器的性能。在现有分光色差仪和农药残留分析仪的基础上,进行了合理的结构改进,将两个设备合二为一,兼容两台仪器的测量方式,进一步设计了步进电机进样装置,实现了仪器的多通道检测,提高了仪器的性价比。在硬件方面还设计增加了对射光耦模块、反射光耦模块、温度传感器模块等。除了新增的模块外,还对现有的硬件电路进行了优化改进,其中包括3.3V电压模块、直流电机驱动模块、AD采样模块等。最后通过合理的电源设计,将所有模块整合,完成电路原理图的设计。在软件方面整合了原有的两款设备的程序代码,增加了步进电机驱动的代码、温度读取的代码、与上位机通信的协议代码等,通过软件设计对CMOS摄像头采集到的图像进行分步存取,舍弃外部SRAM芯片,减少成本。
【图文】：

安全检测技术逐渐成为矛盾，对食品进行高效准确地检测分析成为亟待解决的问题，因此对食品安全检测仪器方面也会提出更高的要求[1]。国外利用拉曼技术对食品成分的分析研究应用较广，拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已经发展了多种不同的分析技术，如傅里叶拉曼光谱（FT-Raman）、表面增强拉曼光谱（SERS）、激光共振拉曼光谱（RRS）、共焦显微拉曼光谱等[2]。拉曼光谱包含了谱线数目、位移大小和谱线强度等信息，而每一种物质都有自己的特征拉曼光谱，因此通过所获得的拉曼光谱与数据库中的拉曼光谱进行比对，即可判定被测物质的组成[3]。拉曼位移是指拉曼散射光与入射光频率差 Δv，即：Δ Δ Δ (1)对于同一种物质，Δv 与入射光频率无关，，只与分子振动或转动频率有关，是表征分子振-转能级的特征物理量，图 1.1~1.4 分别表示甲基苯本胺、可卡因、蔗糖和淀粉这四种白色样品的拉曼谱图，由图可知，特征拉曼位移峰的峰位可以很容易将这四种物质区分开来[4] [5]，其中横坐标是拉曼位移,就是散射光相对于入射光的波数差,纵坐标是光子计数,就是散射光的强度。

安全检测技术逐渐成为矛盾，对食品进行高效准确地检测分析成为亟待解决的问题，因此对食品安全检测仪器方面也会提出更高的要求[1]。国外利用拉曼技术对食品成分的分析研究应用较广，拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已经发展了多种不同的分析技术，如傅里叶拉曼光谱（FT-Raman）、表面增强拉曼光谱（SERS）、激光共振拉曼光谱（RRS）、共焦显微拉曼光谱等[2]。拉曼光谱包含了谱线数目、位移大小和谱线强度等信息，而每一种物质都有自己的特征拉曼光谱，因此通过所获得的拉曼光谱与数据库中的拉曼光谱进行比对，即可判定被测物质的组成[3]。拉曼位移是指拉曼散射光与入射光频率差 Δv，即：Δ Δ Δ (1)对于同一种物质，Δv 与入射光频率无关，只与分子振动或转动频率有关，是表征分子振-转能级的特征物理量，图 1.1~1.4 分别表示甲基苯本胺、可卡因、蔗糖和淀粉这四种白色样品的拉曼谱图，由图可知，特征拉曼位移峰的峰位可以很容易将这四种物质区分开来[4] [5]，其中横坐标是拉曼位移,就是散射光相对于入射光的波数差,纵坐标是光子计数,就是散射光的强度。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH833

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本文编号：2667156