专利名称：一种地沟油检测系统及检测方法
技术领域：
本发明属于地沟油检测鉴别技术领域，具体涉及ー种与食用油相似但品质不同的地沟油判断的检测鉴别系统和方法。
背景技术：
地沟油是质量、卫生极差，过氧化值、酸价、水分、羰基价、丙ニ醛、黄曲霉毒素Bl 等严重超标的非食用油。地沟油主要有三种来源ー是下水道中的油腻漂浮物或宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水)，经过简单加工提炼后得到的油，ニ是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加 エ以及提炼后产出的油；三是反复油炸食品后已经不符合规定的油或在反复使用的油中加入新油，因此称深度油炸油。与食用油相比，地沟油中的重金属、毒素(如丙烯醛、黄曲霉毒素)严重超标，过氧化值远远超过国家标准0. 15%，长期摄入会使細胞功能衰竭，诱发多种疾病，甚至致癌，因此地沟油严禁在食品中使用。通常，地沟油经过一定加工后，主要用作エ业用油脂产品的原料(如经生物转化成生物柴油，作为肥皂洗涤剂等的生产原料)，以及甘油、硬脂酸等生产的化工原料。为防止不法商贩将地沟油添加到食用油中，对人体健康造成严重威胁，因此对地沟油的质量监测成为质检部门的工作重点。目前，地沟油的检测方法主要有水分含量測定法、薄层层析法、胆固醇含量測定法、近红外光谱法、电导率与极性物质测定法、重金属含量測定法。这些方法在应用上各有优势，一定程度上都能进行地沟油的定性检测，但也存在缺陷，如食用油中掺入地沟油的比例普遍需要达到相对较高的程度才能被检出，而且不能用于对芝麻油、花椒油等花色植物油的检测。采用电导率法的检出下限为地沟油添加量达20%以上，胆固醇法的缺陷在于其检出下限为地沟油的添加量在10%以上；薄层层析法对于ー些未经纯化的油，如芝麻油、 花椒油、辣椒油等，容易出现假阳性；近红外光谱法则属于有损检测范畴。
发明内容
为克服上述地沟油检测方法中存在的缺陷，本发明公开了ー种地沟油检测系统及检测方法，利用太赫兹时域波谱测量系统，通过检测地沟油分子之间的集体振动和生物大分子骨架振动来检测地沟油，本发明不仅检测和鉴定过程简单、高效迅速，而且鉴定结果准确，并无需对地沟油进行任何改性，适用于各种地沟油的鉴定和检测。一种地沟油检测系统，包括飞秒激光器、半反半透分束镜、光斩波器、反射镜、聚焦透镜、砷化镓光电导天线、抛物面镜、样品盒、高阻硅反射镜、光路延迟器件、电光晶体、沃尔斯通棱镜、光电探测器、锁相放大器；Α)在飞秒激光器出射ロ位置，设置有半反半透分束镜，将脉冲激光分成泵浦光光路和探測光光路；所述的光斩波器、第一衰减片、第一反射镜、第二反射镜和第一聚焦透镜位于半反半透分束镜与砷化镓光电导天线之间的泵浦光光路上，用于将飞秒激光对准于砷化镓光电导天线上辐射出太赫兹信号；砷化镓光电导天线与电光晶体之间的泵浦光光路上平行放置有第一抛物面镜、第二抛物面镜、第三抛物面镜、第四抛物面镜，第二抛物面镜和第三抛物面镜共焦放置，用于收集空间的太赫兹电磁波信号；在共焦点上设置样品盒，激发出的太赫兹信号用于对准样品盒中的待检测油样品，从而使得太赫兹电磁波和地沟油进行相互作用，使得透射的太赫兹电磁波含有地沟油的信息；B)在探測光光路上，依次设置第二准直透镜、半波片、光路延迟器件、第三反射镜、 偏振片和高阻硅反射镜，将探測光束照射在高阻硅反射镜上，与含有地沟油信息的太赫兹信号共同入射到电光晶体(14)进行电光取样；将电光取样后的飞秒激光经由四分之一波片、第三聚焦透镜，第四反射镜和第四聚焦透镜、沃尔斯通棱镜射出的光分别经第二衰减片、第三衰减片，对准于光电探測器上进行探測；所述的两个光电探测器，位于沃尔斯通棱镜后侧的激光焦点处，并接入差分电路，用于把经过电光晶体后被太赫兹电磁波调制的飞秒脉冲激光的光强信号转换为电压信号，记录由于太赫兹电磁波的调制而引起飞秒激光光强信号的变化所转换成的电压幅值的变化，从而得到包含地沟油信息的时域太赫兹信号；C)将光路中含有太赫兹信号的部分砷化镓光电导天线(7)、第一抛物面镜(81)、 第二抛物面镜(82)、样品盒(9)、第三抛物面镜(83)、第四抛物面镜(84)和电光晶体(14) 密封在密封盒(1 内。所述的样品盒外侧是聚乙烯材质的塑料薄膜，内侧是普通滤纸，用于粘附地沟油样品；滤纸的厚度与所测样品的厚度成正比。ー种地沟油检测系统的检测方法步骤如下第一歩将所述系统调整好，打开飞秒激光器，进ー步微调系统使系统工作在最佳状态；第二步把空的样品盒放在第二抛物面镜和第三抛物面镜的共焦点上；第三步把待测油品分別浸满样品油的滤纸，放入样品盒中，盖好密封盒的盖子并往里面充氮气或干燥空气，让密封盒里的湿度保持在8%左右，然后分别测量參考信号及样品油时域太赫兹信号；第四歩将所测得的带有样品油信息的时域太赫兹信号，进行傅里叶变换得到參考信号和样品油的频域太赫兹光谱；第五歩由公式び=-て)计算分別得到待测油品的太赫兹波段的
rejerence
吸收光谱，式中d是样品油的厚度，Isample是携带有地沟油样品信息的太赫兹脉冲光強， Inference是太赫兹脉冲參考光強。第六步得到所有正常食用油均在3. 4THz处有ー比较明显的吸收峰，其它波段频谱较为平坦；而地沟油和混合油则存在较多峰，且在3. 4THz处没有这么明显的吸收峰。与标准样品在太赫兹波段的吸收谱数据库比对，经过计算机神经网络识别后可得出定量的结论。其中所述的半波片和偏振片位于探測光路中，用于改变激光在特定的线偏振方向上光强最大；光斩波器和第一衰减片位于泵浦光路中，用于调节入射到太赫兹源的激光频率和強度；沃尔斯通棱镜位于光电探测器之前，用于将激光光束的两束偏振光分开；第二衰减片和第三衰减片位于沃尔斯通棱镜与光电探测器之间，用于调节照射到两个光电探测器接收的飞秒激光光強。
当激光照射在砷化镓光电导天线上时将辐射出太赫兹波。所述的电光晶体用于探测空间电磁波收集器件收集的太赫兹电磁波，记录地沟油调制过的太赫兹信号，把含有地沟油信息的太赫兹电磁波用飞秒激光信号取样出来，四分之一波片用于平衡激光信号，使其真实地反应太赫兹波的強度。所述的光路延迟器件，用于增加探测飞秒脉冲光的光程，使得探測光能在时间上被延迟，以达到利用飞秒脉冲探测光取样探测持续时间相对于飞秒脉冲探测光更长的完整的含有地沟油信息的太赫兹信号；所述的密封盒，可由外部导入氮气或者干燥气体，用于为实验中提供干燥的环
土見；本发明在没有对地沟油作任何改性的情况下就可以进行检测，且检测油品范围宽、过程简单、高效迅速，无论食用油中掺入地沟油的比例是多少，检测结果都是准确的，本发明检测系统和方法的使用，必将给不法商贩沉重打击，给人民身体健康带来福音。
图1为本发明的地沟油检测系统结构示意图；图2为本发明的样品盒结构示意图；图3为本发明中测得的15种油原始时域信号；图4为本发明中15种油原始时域信号经过傅立叶变换后得到的频域信号；图5为8组正常食用油与3组地沟油样品以及4组成分不明的油的太赫兹吸收谱。1、飞秒激光器，2、半反半透分束镜，3、光斩波器，41、第一衰减片，42、第二衰减片， 43、第三衰减片，51、第一反射镜，52、第二反射镜，53、第三反射镜，54、第四反射镜，61、第一聚焦透镜，62、第二准直透镜，63、第三聚焦透镜，64、第四聚焦透镜，7、砷化镓光电导天线， 81、第一抛物面镜，82、第二抛物面镜，83、第三抛物面镜，84、第四抛物面镜，9、样品盒，10、 高阻硅反射镜，11、半波片，12、光路延迟器件，13、偏振片，14、电光晶体，15、四分之一波片， 16、沃尔斯通棱镜，17、光电探测器，18、密封盒，19、锁相放大器，20、滤纸。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明加以详细说明。ー种地沟油检测系统，如图1、图2所示。包括飞秒激光器1、半反半透分束镜2、 光斩波器3、反射镜、聚焦透镜、砷化镓光电导天线7、抛物面镜、样品盒9、高阻硅反射镜10、 光路延迟器件12、电光晶体14、沃尔斯通棱镜16、光电探测器17、锁相放大器19。A)在飞秒激光器1出射ロ位置，设置有半反半透分束镜2，将脉冲激光分成泵浦光光路和探測光光路；所述的光斩波器3、第一衰减片41、第一反射镜51、第二反射镜52和第 ー聚焦透镜61位于半反半透分束镜2与砷化镓光电导天线7之间的泵浦光光路上，用于将飞秒激光对准于砷化镓光电导天线上辐射出太赫兹信号；砷化镓光电导天线7与电光晶体 14之间的泵浦光光路上平行放置有第一抛物面镜81、第二抛物面镜82、第三抛物面镜83、 第四抛物面镜84，第二抛物面镜82和第三抛物面镜83共焦放置，用于收集空间的太赫兹电磁波信号；在共焦点上设置样品盒9，激发出的太赫兹信号用于对准样品盒中的待检测油样品，从而使得太赫兹电磁波和地沟油进行相互作用，使得透射的太赫兹电磁波含有地沟油的信息；B)在探測光光路上，依次设置第二准直透镜62、半波片11、光路延迟器件12、第三反射镜53、偏振片13和高阻硅反射镜10，将探测光束照射在高阻硅反射镜10上，与含有地沟油信息的太赫兹信号共同入射到电光晶体14进行电光取样；将电光取样后的飞秒激光经由四分之一波片15、第三聚焦透镜63，第四反射镜M和第四聚焦透镜64、沃尔斯通棱镜 16射出的光分别经第二衰减片42、第三衰减片43，对准于光电探测器上17进行探測；所述的两个光电探测器17，位于沃尔斯通棱镜16后侧的激光焦点处，并接入差分电路，用于把经过电光晶体后被太赫兹电磁波调制的飞秒脉冲激光的光强信号转换为电压信号，记录由于太赫兹电磁波的调制而引起飞秒激光光强信号的变化所转换成的电压幅值的变化，从而得到包含地沟油信息的时域太赫兹信号；C)将光路中含有太赫兹信号的部分砷化镓光电导天线7、第一抛物面镜81、第二抛物面镜82、样品盒9、第三抛物面镜83、第四抛物面镜84和电光晶体14密封在密封盒18 内。所述的样品盒9外侧是聚乙烯材质的塑料薄膜，内侧是普通滤纸，用于粘附地沟油样品；滤纸的厚度与所测样品的厚度成正比。以下为对8组正常食用油与3组地沟油样品以及4组成分不明的油进行检測，具体过程和步骤如下第一歩将所述系统调整好，打开飞秒激光器1，进ー步微调系统使系统工作在最佳状态；第二步把如图2所示的空的样品盒9放在如图1中样品盒9的位置；第三步把8组正常食用油与3组地沟油样品以及4组成分不明的油分別浸满样品油的滤纸20，放入如图2所示的样品盒9中，盖好密封盒18的盖子并往里面充氮气或干燥空气，让密封盒里的湿度保持在8%左右，目的是避免空气中的水蒸气对实验数据的影响；然后分别测量參考信号及样品油时域太赫兹信号；第四步将所测得的带有样品信息的时域太赫兹信号(如图3所示)，进行傅里叶变换得到參考信号和样品油的频域太赫兹光谱(如图4所示)；第五步由公式ひ=--H Sam')计算得到8组正常食用油与3组地沟油样品
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以及4组成分不明的油的太赫兹波段的吸收光谱，式中d是样品油的厚度，Isample是携带有地沟油样品信息的太赫兹脉冲光強，Ireference是太赫兹脉冲參考光強。如图5所示为8组正常食用油与3组地沟油样品以及4混合油的太赫兹波段的吸收光谱；第六步从测试结果来看，定性的，我们发现所有正常食用油均在3. 4THz处有ー 比较明显的吸收峰，其它波段频谱较为平坦；而多数地沟油和混合油则存在较多峰，且在 3. 4THz处没有这么明显的吸收峰。从定量的角度来说，基于时域太赫兹波谱法的食用油检测技术需要依赖标准样品在太赫兹波段的吸收谱数据库，经过计算机神经网络识别(SVM 技木)后可得出定量的结论，识别准确率能达到90%以上。机器识别时间可以做到小于30 秒。以上所述的实施步骤简单快捷，而且对于地沟油是无损地进行检测和鉴別，能够有效的来区分出食用油与地沟油，更能够对食用油的品质进行检测。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所掲示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种地沟油检测系统，包括飞秒激光器(1)、半反半透分束镜(2)、光斩波器(3)、反射镜、聚焦透镜、砷化镓光电导天线(7)、抛物面镜、样品盒(9)、高阻硅反射镜(10)、光路延迟器件(12)、电光晶体(14)、沃尔斯通棱镜(16)、光电探测器(17)、锁相放大器(19)；其特征在于A)在飞秒激光器(1)出射ロ位置，设置有半反半透分束镜O)，将脉冲激光分成泵浦光光路和探測光光路；所述的光斩波器(3)、第一衰减片(41)、第一反射镜(51)、第二反射镜(52)和第一聚焦透镜(61)位于半反半透分束镜(2)与砷化镓光电导天线(7)之间的泵浦光光路上，用于将飞秒激光对准于砷化镓光电导天线上辐射出太赫兹信号；砷化镓光电导天线(7)与电光晶体(14)之间的泵浦光光路上平行放置有第一抛物面镜(81)、第二抛物面镜(82)、第三抛物面镜(83)、第四抛物面镜(84)，第二抛物面镜(8 和第三抛物面镜 (83)共焦放置，用于收集空间的太赫兹电磁波信号；在共焦点上设置样品盒(9)，激发出的太赫兹信号用于对准样品盒中的待检测油样品，从而使得太赫兹电磁波和地沟油进行相互作用，使得透射的太赫兹电磁波含有地沟油的信息；B)在探測光光路上，依次设置第二准直透镜(62)、半波片(11)、光路延迟器件(12)、第三反射镜(53)、偏振片(13)和高阻硅反射镜(10)，将探测光束照射在高阻硅反射镜(10) 上，与含有地沟油信息的太赫兹信号共同入射到电光晶体(14)进行电光取样；将电光取样后的飞秒激光经由四分之一波片(15)、第三聚焦透镜(63)，第四反射镜(54)和第四聚焦透镜(64)、沃尔斯通棱镜(16)射出的光分别经第二衰减片(42)、第三衰减片(43)，对准于光电探测器(17)进行探測；所述的两个光电探测器(17)，位于沃尔斯通棱镜(16)后侧的激光焦点处，并接入差分电路，用于把经过电光晶体后被太赫兹电磁波调制的飞秒脉冲激光的光强信号转换为电压信号，记录由于太赫兹电磁波的调制而引起飞秒激光光强信号的变化所转换成的电压幅值的变化，从而得到包含地沟油信息的时域太赫兹信号；C)将光路中含有太赫兹信号的部分砷化镓光电导天线(7)、第一抛物面镜(81)、第二抛物面镜(82)、样品盒(9)、第三抛物面镜(83)、第四抛物面镜(84)和电光晶体(14)密封在密封盒(18)内。
2.根据权利要求1所述的地沟油检测系统，其特征在于所述的样品盒(9)外侧是聚乙烯材质的塑料薄膜，内侧是普通滤纸00)，；滤纸的厚度与所测样品的厚度成正比。
3.根据权利要求1所述的地沟油检测系统的检测方法具体步骤如下第一歩将所述系统调整好，打开飞秒激光器(1)，进ー步微调系统使系统工作在最佳状态；第二步把空的样品盒(9)放在第二抛物面镜(8 和第三抛物面镜(8 的共焦点上；第三步把待测油品分別浸满样品油的滤纸(20)，放入样品盒(9)中，盖好密封盒(18) 的盖子并往里面充氮气或干燥空气，让密封盒里的湿度保持在8%左右，然后分别测量參考信号及样品油时域太赫兹信号；第四歩将所测得的带有样品油信息的时域太赫兹信号，进行傅里叶变换得到參考信号和样品油的频域太赫兹光谱；第五歩由公式
全文摘要
一种地沟油检测系统，在飞秒激光器出射口设置半反半透分束镜，将脉冲激光分成泵浦光光路和探测光光路；泵浦光光路依次连接光斩波器、第一衰减片、第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、砷化镓光电导天线，在第二和第三抛物面镜的共焦点上设置样品盒；在探测光光路上，依次有第二准直透镜、半波片、光路延迟器件、第三反射镜、偏振片和高阻硅反射镜，经电光晶体取样后的飞秒激光经由四分之一波片、第三聚焦透镜，第四反射镜、第四聚焦透镜、沃尔斯通棱镜、第二和第三衰减片，对准于光电探测器上进行探测，记录由于太赫兹电磁波引起的电压幅值的变化，从而得到包含地沟油信息的时域太赫兹信号。本发明检测过程简单、高效迅速，检测结果准确。
文档编号G01N21/35GK102564996SQ201210001579
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者倪争技, 吴家荣, 彭宁嵩, 彭滟, 徐公杰, 朱亦鸣, 杜少卿, 沈惠中, 陈麟, 马兰凤 申请人:上海市分析测试协会, 上海理工大学, 上海高晶影像科技有限公司