基于拉曼散射的食品安全檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于食品安全檢測技術領域，具體涉及一種基于拉曼散射的食品安全檢測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002]當光照射試樣時，根據散射光的頻率與入射光是否相同可以將散射現象分為瑞利散射和拉曼散射。拉曼散射光譜屬于分子振動-轉動光譜，它是源于試樣分子的振動和轉動能級，對拉曼散射光譜的研宄可以直接獲得分子結構的信息，從而對物質進行分析。就拉曼光譜本身而言，具有分辨率高，積分時間短，重現率好等特點，又因為其譜峰清晰尖銳，且譜峰強度與被檢測物質呈良好的正相關關系，因此可以利用拉曼光譜實現對蔬菜水果表皮中農藥與化肥如銅、汞、磷等離子進行的精確定量檢測和分析。目前的食品安全檢測設備由于測試過程復雜，所需儀器設備多樣而無法在家庭中普及使用。
[0003]農藥可以用來殺滅昆蟲、真菌等可以危害作物生長的生物，從而使用農藥可以促進作物的生長發育。但由于在作物生長過程中過量使用農藥與化肥，并且在食用前并未完全清洗掉，使得被人食用的蔬菜水果表面有很多農藥化肥的殘留。而殘留的農藥與化肥可能引起人體急性或慢性的中毒，并會對人體的心臟、神經、內分泌系統等產生很大的危害。長期食用有農藥化肥殘留的蔬菜水果可能會導致人體免疫系統的癱瘓，對人體內臟器官造成很大損傷，甚至引發癌變。
[0004]由于農藥化肥的殘留會對人體造成很大的危害，因此對農藥化肥殘留量的檢測時是十分有必要的。而目前普遍使用的檢測方法由于需要的儀器設備與化學試劑較多，因此無法將檢測裝置與方法普及，實現在家庭中進行檢測。
[0005]本發明是基于拉曼光譜分析的食品安全檢測的新技術，該技術可以為食品如蔬菜水果農藥化肥含量的檢測和確定提供依據，有效鑒定食品安全，維護人民飲食，身體健康，具有很高的經濟和社會效益。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提出一種基于拉曼光譜分析的便攜食品安全檢測裝置及方法。
[0007]本發明提出的基于拉曼光譜分析的便攜食品安全檢測裝置，其結構如圖1所示，包括光源產生系統、濾光系統(也稱光信號處理系統)、樣品濃度測量系統(也稱光電信號轉換系統)以及數據處理系統；其中，所述光源產生系統將固定波長的激光(可以是但不局限于785nm)，經過檢測探頭照射到浸泡過蔬菜、水果的溶液表面，由樣品溶液返回的散射光經由檢測探頭送至濾光系統；所述濾光系統是一種類似于光柵的濾光裝置，該濾光裝置可以通過能夠表征某一物質的特定波長的散射光(如在農藥殘留溶液中對應于磷離子散射峰或者汞離子散射峰的散射光)，而濾除其他波長的散射光，并不對入射光及散射光分別處理，特定波長的散射光由樣品濃度測量系統接收；所述樣品濃度測量系統采用電荷耦合元件，經由濾光裝置處理的單一的特定波長的散射光信號被電荷耦合元件采集并轉換成相應的數字電信號；所述數據處理系統對采集到的數字電信號進行處理，得出相對應的物質含量。
[0008]本發明中，所述樣品濃度測量系統可以但不局限為CCD成像模塊。
[0009]本發明中，所述數據處理系統用于對電信號進行處理，得到相應物質的濃度值；整個數據處理系統可集成在芯片中，因此結構小巧易于攜帶。
[0010]本發明中，所述數據處理系統在使用前先針對每一種被測物質測定一系列參數值，得到拉曼峰強度與該物質濃度的函數關系，建立關聯模型，進而對農藥化肥殘留溶液進行檢測。
[0011]本發明提供的基于拉曼光譜分析的食品安全檢測方法，具體步驟如下:
步驟A、選取一組已知活性濃度的檢測樣品(如磷離子、銅離子、汞離子等物質)作為校準集，測出其拉曼散射光譜的拉曼峰強度，建立該物質濃度與拉曼散射峰強度之間的定量數學模型，也稱校準模型；
步驟B、再取另一組已知濃度的該物質作為預測集，將預測樣品的拉曼光譜代入校準模型，得到樣品的預測值，用預測值和實際樣品活性濃度之間的相關系數和相對標準偏差來衡量所建校準模型的可靠程度，對校準模型不斷進行訓練得到相關度最優的該種物質的強度一濃度關聯模型，并將每種檢測物質的關聯模型存儲在裝置的數據處理系統中；
步驟C、選定相應的光信號處理系統的濾光參數以及強度一濃度關聯模型，進行某項指標的檢測；
步驟D、檢測完一項指標后，如需檢測另外一種物質，可以更換事先已經制作好的光學處理零件，即濾光部分，從而實現檢測功能的多樣化。
[0012]本發明步驟A中，通過大量對同一物質不同活性濃度樣品的拉曼散射光譜分析，得到能夠表征其濃度的特定拉曼峰，并建立相應的計算模型。
[0013]本發明步驟A或步驟B中，分析物質活性濃度和拉曼峰強度以及建立計算模型可以但不局限于使用偏最小二乘回歸法(PLSR)進行分析，從而得到拉曼峰強度與物質濃度的關系O
[0014]本發明步驟A中，通過大量實驗得到與該物質活性濃度相關的拉曼峰之后，由該拉曼峰的拉曼位移或所對應的散射光線波長決定光信號處理系統(濾光系統)篩選散射光線的相關參數數。
[0015]本發明應用拉曼光譜分析的方法對目標物質的含量進行探測和鑒定。與現有技術相比具有的有益的效果是:
(一)本發明裝置結構簡單，光信號處理系統僅需針對某一散射光進行處理，并且無需光電轉換系統在很大范圍內的光譜上進行掃描而采集和處理多個信號，因此裝置體積小，便于隨身攜帶以及普通家庭的使用；
(二)本發明可以通過更換光信號處理系統(可以但不局限于更換篩選不同波長散射光線的濾光鏡)來檢測不同的物質，因此可以很方便的根據人們的需要進行不同物質的檢測，從而實現實際使用中的多功能檢測化肥農藥成分；
(三)本發明所基于的是拉曼散射光譜分析的原理，在測試過程中無需消耗品，因此大大降低了檢測成本，便于人們多次檢測。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的便攜醫療檢測裝置結構示意圖。
[0017]圖2為本發明結構原理圖。
[0018]圖3為本發明在實施例1的測試步驟流程圖。
[0019]圖中標號:1為檢測對象，使用時為蔬菜水果洗滌液樣品，2為濾光系統，3為樣品濃度測量系統，4為數據處理系統；5為光源產生系統，包括供電、顯示等附加模塊。
【具體實施方式】
[0020]下文結合附圖和實施例進一步具體地描述本發明，本發明提供優選實施例，但不應該被認為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了方便說明，對待測樣品溶液和具體設備中元器件的尺寸進行了理想化處理，所示大小并不代表實際尺寸。
[0021]圖1是本發明的裝置結構示意圖，其中，檢測對象1，具體使用時可為蔬菜、水果的洗滌溶液；濾光系統2，可