一種食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于食用油安全品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]食用油是人們生活的必需品，而有害重金屬元素超標(biāo)是食用油的質(zhì)量安全問題之一。重金屬具有富集性，被人體攝入之后難以降解，會(huì)在人體內(nèi)逐漸累積，達(dá)到一定濃度后會(huì)對(duì)人體造成具大的傷害。重金屬鉛容易引起貧血，能直接傷害人的腦細(xì)胞，特別是胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)，可造成先天智力低下。對(duì)于食用油，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2716-2005規(guī)定總砷和鉛含量均不能高于0.lmg/kg。因此，為保障人們的身體健康，非常有必要尋找一種食用油中重金屬鉛含量的高精度快速檢測(cè)方法和裝置，用于檢測(cè)食用油中的重金屬鉛含量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]激光誘導(dǎo)擊穿光譜(laserinduced breakdown spectroscopy，LIBS)技術(shù)是一種新興的無損光譜分析技術(shù)，具有快速、非接觸式、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)。LIBS的基本原理是利用一束高能短脈沖激光聚焦到被測(cè)樣品上，產(chǎn)生等離子體，并根據(jù)等離子體發(fā)光光譜來定量檢測(cè)元素含量，可以用于各種元素(包括重金屬)的含量檢測(cè)。對(duì)于食用油中的重金屬含量檢測(cè)，現(xiàn)有的LIBS方法存在兩方面問題:一是LIBS檢測(cè)時(shí)，由于液體飛濺、液面擾動(dòng)等因素影響，LIBS光譜信號(hào)穩(wěn)定性差；二是檢測(cè)限大約為幾十ppm到幾ppm，檢測(cè)精度不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2716-2005的要求。而且現(xiàn)有的檢測(cè)方法大多忽略了環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)精度的影響，導(dǎo)致在不同溫度環(huán)境下檢測(cè)結(jié)果的存在較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有的食用油重金屬鉛含量檢測(cè)裝置精度不足的問題，提供一種食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)裝置，采用將樣本霧化的方式獲取光譜數(shù)據(jù)，保證光譜信號(hào)穩(wěn)定，提高檢測(cè)精度。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案是:一種食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)裝置，包括裝有食用油樣本的樣本容器，樣本容器內(nèi)側(cè)底部設(shè)有超聲波霧化器，樣本容器的出口處連接有容置霧化樣本的透明的石英容器，石英容器出口連接有冷凝器，所述石英容器的側(cè)面設(shè)有照射霧化樣本光源以及獲取霧化樣本光譜信息的光纖探頭，所述光纖探頭連接有光譜儀，光譜儀連接有計(jì)算機(jī)。本裝置采用超聲波霧化器將食用油樣本霧化，霧化的樣本進(jìn)入石英容器，將石英容器內(nèi)的空氣置換出去，直至霧化樣本完全填充石英容器，然后采用光源照射、光纖探頭獲取光譜數(shù)據(jù)，在特定溫度條件下，樣本的霧化飽和度是一定的，能保證光譜數(shù)據(jù)穩(wěn)定，更好地進(jìn)行多樣本橫向?qū)Ρ?。另外，本裝置在石英容器之后設(shè)置冷凝器，霧化樣本溢出或排出時(shí)，能冷凝回收，避免擴(kuò)撒到環(huán)境中，影響整體實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
[0006]作為優(yōu)選，所述光源和光纖探頭在石英容器的同一側(cè)傾斜設(shè)置，光源線束和光纖探頭軸線的交叉匯聚在石英容器內(nèi)部。
[0007]作為優(yōu)選，所述石英容器的外壁貼設(shè)有增強(qiáng)LIBS光譜信號(hào)的微波發(fā)生器，微波發(fā)生器設(shè)置在與光源和光纖探頭不同的側(cè)面。
[0008]作為優(yōu)選，所述光源為激光器，激光器通過控制延遲時(shí)序的數(shù)字脈沖延遲器與光譜儀相連。通過冒充延遲器控制光源脈沖和光譜數(shù)據(jù)截取的延遲時(shí)差。
[0009]作為優(yōu)選，所述激光器與石英容器之間設(shè)有凸透鏡。
[0010]作為優(yōu)選，所述激光器與凸透鏡之間設(shè)有可調(diào)節(jié)角度的反射鏡。
[0011]作為優(yōu)選，所述光纖探頭與石英容器之間設(shè)有凸透鏡。
[0012]采用上述裝置的食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)方法，該方法的步驟如下:
[0013]步驟I，收集η個(gè)含有重金屬鉛的食用油樣本NI，N2，N3……Nn ；
[0014]步驟2，對(duì)于食用油樣本NI，在20°C環(huán)境條件下，采用諧振頻率為1.7MHz的超聲波霧化器將NI樣本霧化，通過連通管使霧化的樣本進(jìn)入石英容器，并將石英容器中的空氣排除，保持石英容器的壓力恒定，壓力為1.3*105pa ;
[0015]步驟3，LIBS光譜檢測(cè)時(shí)，打開微波發(fā)生器，使微波穿透霧化的NI樣本，激光器產(chǎn)生的1064nm激光束通過凸透射匯聚，照射到霧化的樣本，產(chǎn)生的等離子體光譜信號(hào)經(jīng)凸透射匯聚后，由高精度光譜儀獲取樣本的LIBS光譜SI ；
[0016]步驟4，對(duì)于食用油樣本N2-Nn，重復(fù)操作步驟2、3，依次采集樣本的LIBS光譜S2-Sn ；
[0017]步驟5，獲取不含重金屬的食用油樣本NO，按照步驟2、3采集LIBS光譜，該光譜記為背景光譜SO ；
[0018]步驟6，對(duì)于食用油樣本的LIBS光譜，通過查詢NIST光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，確定碳元素的特征譜線位置；
[0019]步驟7，由于食用油中碳元素含量基本穩(wěn)定，為消除環(huán)境、儀器等因素對(duì)樣本光譜穩(wěn)定性的影響，采用碳元素的譜線強(qiáng)度對(duì)樣本光譜做分段校正；具體方法為:將樣本光譜等分為10個(gè)區(qū)段，將每個(gè)區(qū)段的光譜強(qiáng)度除以位于該光譜區(qū)段內(nèi)的碳元素的譜線強(qiáng)度；若該區(qū)段內(nèi)沒有碳元素譜線存在，則選擇與該區(qū)段最近的碳元素譜線；若該區(qū)段內(nèi)有多于I個(gè)碳元素譜線存在，則取該區(qū)段內(nèi)所有碳元素譜線強(qiáng)度的平均值，對(duì)于Nl-Nn的食用油樣本，光譜Sl-Sn經(jīng)分段校正后，分別記為SI’ -Sn’ ；
[0020]步驟8，按照步驟7，對(duì)背景光譜SO進(jìn)行分段校正，并將分段校正后的背景光譜記為 so’ ；
[0021]步驟9，消除食用油本身背景光譜的噪音影響，將分段校正后的每個(gè)樣本光譜SI，-Sn’分別與S0’相減，所獲得的樣品去噪光譜記為Sl”-Sn” ；
[0022]步驟10，選取 143.39nm、151.23nm、172.68nm、182.20nm、220.35nm、368.34nm、405.78nm波長(zhǎng)為重金屬鉛元素的特征譜線；
[0023]步驟11，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 5009.12-2010測(cè)定食用油樣本中的真實(shí)重金屬鉛含量；
[0024]步驟12，采用多元線性回歸方法，將步驟9中獲得樣本去噪光譜SI”-Sn”的步驟10中選定的特征波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度與其真實(shí)重金屬鉛含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立食用油中重金屬鉛含量的定標(biāo)模型，定標(biāo)模型為:
[0025]Y — al* λ 143.39 + a2* λ 151.23 + a3* 人 172.68 + a4* 人 182.20+a5* 人 220.35 + a6* 人 368.34
+a7* λ 4Q5.78+b ；
[0026]Y為重金屬鉛含量預(yù)測(cè)值，λ為對(duì)應(yīng)特征波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度，al-a7為相應(yīng)的系數(shù)，b為常數(shù)項(xiàng)；步驟13，對(duì)于待測(cè)未知樣本P，按照步驟2-3采集未知樣本P的LIBS光譜SP，按照步驟7、9對(duì)光譜進(jìn)行校正得到去噪光譜SP”，對(duì)于SP”，獲取143.39nm、151.23nm、172.68nm、182.20nm、220.35nm、368.34nm、405.78nm 波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)、并代入步驟 12的定標(biāo)模型即可獲得未知樣本P的重金屬鉛含量，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)未知樣本重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)。
[0027]對(duì)步驟12模型修正添加溫度修正項(xiàng)，修正方法如下:
[0028]步驟14，檢測(cè)在石英器皿中完成，忽略環(huán)境濕度的影響，對(duì)于樣本NI和NO，在環(huán)境溫度0°C條件下，按照步驟2、3方式采集光譜，光譜分別記為SlTjP SO TO，再對(duì)光譜SItc^SSOtq按照步驟7進(jìn)行光譜處理，處理后光譜分別記為SI T(l’和SOtc/ ;然后將樣本NI的光譜S1TQ’按照步驟9進(jìn)行光譜處理即將S1TO’與S0TO’相減，處理后樣本NI的光譜記為S1TQ” ；
[0029]步驟15，對(duì)于樣本NI和NO，分別在環(huán)境溫度5 °C、15 °C、25 °C、35 °C、45 °C條件下，按照步驟14進(jìn)行處理，處理后，在環(huán)境溫度5°C、15°C、25°C、35°C、45°C條件下獲得的樣本NI的光譜分別為SIt5”、Sln5”、SIt25”、SIt35”、SIt45，，，并將20°C溫度下獲得的NI的去噪光譜記為 S1T20”;
[0030]步驟16，對(duì)于光譜 S1TQ”、SIt5”、Sln5”、S1T2(I”、SIt25”、SIt35”、SIt45”，分析步驟 10 中的特征波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度與溫度之間的關(guān)系，選取環(huán)境開爾文溫度的平方作為變量加入定標(biāo)模型對(duì)步驟12的模型進(jìn)行修正，修正后的定標(biāo)模型如下:
[0031 ] Yg — al* λ 143.39+a2* λ 151.23+a3* λ 172.68+a4* λ 182.2(l+a5* λ 22Q.35+a6* λ 368.34
[0032]+a7* λ 405 78+b+c*T2+d
[0033]Y。為溫度校正后的重金屬鉛含量預(yù)測(cè)值，T為環(huán)境開爾文溫度，c為溫度校正系數(shù)，d為溫度校正的截距，
[0034]步驟17，對(duì)于待測(cè)未知樣本P，按照步驟2-3采集未知樣本P的LIBS光譜SP，按照步驟7、9對(duì)光譜進(jìn)行校正得到去噪光譜SP”，對(duì)于SP”，獲取143.39nm、151.23nm、172.68nm、182.20nm、220.35nm、368.34nm、405.78nm波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，測(cè)量環(huán)境溫度，將譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度代入步驟16的修正定標(biāo)模型即可獲得未知樣本P的重金屬鉛含量，從而在各種環(huán)境溫度條件下實(shí)現(xiàn)待測(cè)未知樣本重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)。
[0035]由于檢測(cè)樣本為霧化樣本，環(huán)境溫度對(duì)樣本霧化的飽和度影響很大，本實(shí)用新型不僅給出了常溫條件下的定標(biāo)模型，而且對(duì)非常溫下的定標(biāo)模型進(jìn)行修正，消除了環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。
[0036]本實(shí)用新型采用霧化裝置獲取霧化樣本，利用同類樣本同一溫度霧化飽和度的穩(wěn)定性，保證了樣本光譜數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，提高檢測(cè)精度；采用冷凝器對(duì)霧化樣本進(jìn)行冷凝，避免了對(duì)霧化樣本擴(kuò)撒到環(huán)境中。
【附圖說明】
[0037]圖1是本實(shí)用新型一種食用油中重金屬鉛含量的快速高精度檢測(cè)裝置示意圖。
[0038]圖中:1、激光器；2、凸透鏡I ;3、數(shù)字脈沖延遲器；4、光纖；5、光譜儀；6、計(jì)算機(jī)；7、壓力閥；8、石英容器；9、微波發(fā)生器；10、樣本容器；11、超聲波霧化