咖啡豆中湿度检测方案(近红外光谱仪)

BRIMROSE 美国 BRIMROSE公司中国总代理/济南金宏利实业有限公司技术文件 Application Report #Food2 即溶咖啡湿度的AOTF测定 美国Brimrose 公司 l. 介绍 图1. 声光可调滤波器结构示意图 声光可调滤波器(AOTF)的原理基于光在各向异性介质中的声折射。装置由粘在双折射晶体上的压电导层构成。当导层被应用的射频(RF)信号激发时，在晶体内产生声波。传导中的声波产生折射率的周期性调制。这提供了一个移动的相栅，在特定条件下折射入射光束的部分。对于一个固定的声频，光频的一个窄带满足相匹配条件，被累加折射。RF频率改变，光的带通中心相应改变以维持相匹配条件。 光谱的近红外范围从 800nm 到2500 nm 延伸。在这个区域最突出的吸收谱带归因于中红外区域的基频振动的泛频和合频。是基态到第二激发态或第三激发态的能级跃迁。因为较高能级跃迁连续产生的概率较小，每个泛频的强度连续减弱。由于跃迁的第二或第三激发态所需的能量近似于第一级跃迁所需能量的二倍或三倍，吸收谱带产生在基频波长的一半和三分之一处。触简单的泛频以外，也产生合频。这些通常包括延伸加上一个或多个振动方式的伸缩。大量不同合频是可能的，因而近红外区域复杂，有许多谱带彼此部分叠加。 现在， NIRS 被用作定量工具，它依赖化学计量学来发展校正组成的参照分析和近红外光谱的分析的关联。近红外数据的数学处理包括多元线性回归法(MLR)、主成分分析法(PCA)、主成分回归法(PCR)、偏最小二乘法(PLS)和识别分析。所有这些算法可以单独或联合使用来得到有价值组成的定性描述和定量预测。 I. 方法 一台 Brimrose Luminar 自由空间光谱仪被用来采集16个即溶咖啡样品的光谱数据。2个样品是大块咖啡，2个样品是磨碎的咖啡。光谱数据是在25*14毫米采样面积下以漫反射方式采集的。波长范围从1200nm到2200nm，分辨率为 1nm。每个样品扫描200次然后平均为一张光谱。光谱数据以透过方式采集然后处理为吸收方式。吸收光谱被输入 UnscramblerTM用来建立模型。 Ⅲ. Results 结果 图2..116个咖啡样品的吸收光谱 2. 回归和模型化 图3.即溶咖啡湿度的 PLS1 回归模型 moistsure， (Y-var，PC)：(moistsure，3) 图4.即溶咖啡湿度的 PLS1 回归模型的回归系数 图5. 即溶咖啡湿度的 PLS1 回归模型的验证集 PLS1 回归模型关联即溶咖啡湿度和光谱数据的结果显示了极好的结果，特别对于这么小的数据集。相关系数等于 0.986，预测标准偏差等于0.299。这些数据指出利用 Brimrose 自由空间光谱仪采集的光谱数据和校正集模型测量即溶咖啡的湿度是明确可行的。回归系数图指出几乎用于模型的全部信息来自1950 nm 附近，这是水的吸收 金宏利实业 波长区。这是希望看到的随湿度改变而变化的光谱区域。校正集和验证集能够很好的一致，证明创建利用光谱数据预测不同类型即溶咖啡湿度的模型是可行的。 IV结论和推荐 能够得出结论，即这次研究的结果显示利用 Brimrose 自由空间光谱仪采集的光谱数据和校正集模型测量即溶咖啡的湿度是明确可行的。对于这么小的数据集预测偏差为0.3这么低已经很好，利用更大的样品集能够创建预测偏差约为0.2的更稳固的模型。光谱的形状指出可能还能够测量咖啡中的油含量。尽管这次实验是在实验室装置进行的，以往的经验显示在实验室得出的研究结果能够很容易地转移到实时、在线工业装置上。Brimrose 装置的速度和长期稳定性使得它是实时在线过程控制的理想选择。声光可调滤波技术允许 Brimrose 装置非常快速地扫描、采集数据。没有移动部件和 AOTF 晶体的长期稳定性使得 Brimrose 自由空间光谱仪成为工业过程控制的最佳仪器。由于 Brimrose 自由空间光谱仪每秒能采采集 20~30次扫描，仪器应该能够在极短时间读取数据并输送给过程控制系统。推荐订购 Brimrose 自由空间光谱仪利用 60~80个校正集样品和20个用作验证集的未知样品进行广泛的可行性研究。更广泛的研究将利用 Brimrose 自由空间光谱仪采集的光谱数据创建更稳定的、能够被用来准确预测咖啡的湿度的模型。 ( 美国BRIMROSE公司中国总代理及技术支持中心 ) BRIMROSE金宏利实业 http：/www.jhlsoft.com nnistsl. e， var，Fur nistsl.e， BRIMROSE美国BRIMROSE公司中国总代理及技术支持中心济南金宏利实业有限公司地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦电话：真：_mail：jinhonglisohu.comhttp：/www.jhlsoft.com