专利名称：一种夏秋茶内咖啡因含量的快速检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种针对夏秋茶内咖啡因含量快速检测方法及装置，特指基于滤波片分光式近红外光谱的夏秋茶内咖啡因含量快速检测方法及便携式装置。
背景技术：
夏秋茶ロ感不是很好，但茶叶中的有效成分含量并不少。从茶叶中提取的多酚类物质茶多酚，具有美容、抗衰老、抗肥胖等功效，还被誉为“心血管的保护神”。目前，世界各国对茶多酚的广泛应用与开发，使市场对茶多酚的需求增长惊人。利用夏秋茶低档原料开发茶多酚等产品，可増加茶农增收入，延长茶叶产业链。夏秋季高温天气有利于茶叶中咖啡因成分的富集和形成，咖啡因含量对最終的产品质量产生一定的影响，因此，在夏秋茶深加エ开发过程中，有必要对其原料中的咖啡因含量进行检測。目前，茶叶中咖啡因含量检测方法通常有碘量法、高效液相色谱分析方法、紫外分光光度计等理化分析方法，虽然理化分析方法的结果客观可信，但其步骤烦琐、检测时间长、检测费用高，不利于夏秋茶深加工过程中的快速检测。近红外光谱分析技术具有检测速度快、样本无需预处理、分析过程无需化学试剂等优点，近年来，该技术茶叶品质快速无损检测上得到了广泛地应用，但大多还仅限于实验室研究阶段。经检索，授权的仅有2个国内相关发明专利，“近红外技术快速检测茶叶品质的方法”(ZL200910116733. 0);“利用可见-近红外漫反射光谱技术检测茶鲜叶氮含量的方法”(ZL200810155716.3)。已经公开的相关发明有“基于近红外光谱技术无损测量茶叶中茶多酚含量的方法(200710069114. I)”和“基于近红外光谱和机器视觉技术的茶叶品质无损检测方法及装置(200810236223. 2)”。从检索结果看，目前近红外光谱分析技术在茶叶品质快速检测大都采用商业化的设备，尽管这些设备精密度高，通用性強，功能全面，但它们构造复杂，价格昂贵，设备笨重，不便于携帯。在夏秋茶内咖啡因含量的快速检测上似乎有点浪费。针对夏秋茶深加工要求，本发明提供ー种快速检测夏秋茶中咖啡因含量的方法及便携式检测装置。本发明方法可实现对夏秋茶中咖啡因含量进行快速检测，本发明装置专ー性强，结构简单，价格便宜，携帯方便适合夏秋茶深加工エ艺中快速检测要求。
发明内容
鉴于上述现有技术发展情况，本发明的目的就是要提供ー种快速检测夏秋茶中咖啡因含量的方法及便携式检测装置，利用一种基于滤波片分光式光谱仪执行光谱数据采集，并对其进行标定和预处理，然后再结合数据库中由标准理化分析方法得到的咖啡因含量，通过多元线性回归的方式得到一个预测咖啡因含量预测模型。然后，光谱仪采集得到夏秋茶光谱数据并经过相应的标定和预处理后代入该模型，即可检测得到夏秋茶内的咖啡因含量。
本发明的目的是通过以下方法实现的。
首先建立预测模型。选取一定数量并具有代表性的夏秋緑茶原料，将其粉碎过筛，称取相同重量的茶叶粉末作为ー个样本。首先，本发明的一种基于滤波片分光式光谱仪装置，利用该装置执行每个样本的近红外光谱数据数据采集，通过数据采集卡传输至计算机并完成相应的光谱数据的标定和预处理；然后，利用常规检测方法測量每个样本中咖啡因的含量，将其作为參考測量結果，所有样本的參考测量结果组成一个数据库为后面建立预测模型服务；最后将每个样本的光谱变量与数据库中參考测量结果相关联，通过多元回归的方法建立ー个预测模型。所述的光谱值标定、预处理和预测模型建立，是先通过标准的白板对原始光谱值进行黑白校正，对采集得到不同波长下的光谱值采取标准归一化预处理，然后，将这些光谱变量与数据库中每个样本的參考测量结果相关联，通过多元线性回归的方法建立一个预测模型。进行样本测试。① 在稳定的条件下，利用本发明中基于滤波片分光的便携式光谱仪装置执行样本的数据采集，通过数据采集卡传输至计算机。 ② 计算机对采集得到的光谱数据进行标定和预处理，并代入预先建立好的预测模型中即可得到该样本的咖啡因含量，在自行开发的检测软件系统界面上显示该样本的咖啡因含量数值，至此本论测试结束。具体操作过程为将夏秋緑茶粉碎过筛，然后装入一个标准的样品杯中压实；光纤卤素灯提供稳定的光源，卤素灯发出的光通过光纤引出，光纤与样本无缝接触，光纤引出的光均匀地照射在样本上，光在颗粒状固体颗粒内部形成漫反射，漫反射出来的光由光纤传导通过滤波片分光后进入检测器，检测器将采集得到的数据通过采集卡传输到计算机；然后，通过轮盘的旋转，分别让漫反射光通过不同波长滤波片，从而检测得到不同波长下的光谱值。本发明为夏秋茶内部咖啡因含量快速检测提供了应用基础，与常规的礼花检测方法相比，具有检测速度快，检测费用低和样本无需预处理等优点。与通用的商业化近红外光谱设备相比，本发明提供的基于滤波片分光式光谱仪装置结构简单，专ー性强，性价比高，携帯方便，适合夏秋茶深加工过程中内部成分快速检测，为夏秋茶产品标准化加工创造条件。
图I本发明的方法示意图。图2本发明的装置示意图。其中1、检测器，2、卤素灯，3、样品杯，4、数据采集卡，5、计算机，6、Y型光纤，7、滤波片，8、轮盘，9、步进电机。
具体实施例方式具体实施实例步骤參阅图1，实例实现装置參阅图2。选取一定数量并具有代表性的夏秋緑茶原料，将其粉碎过筛，称取相同重量的茶叶粉末作为ー个样本(通常样本数大于50)。利用本发明中提供的装置(如图2)采集每个样本的近红外光谱数据，通过数据采集卡传输至计算机并完成相应的光谱数据的标定和预处理；利用常规检测方法測量每个样本中咖啡因的含量，将其作为參考測量结果，所有样本的參考测量结果组成一个数据库为后面建立预测模型服务；最后将每个样本的光谱变量与数据库中參考测量结果相关联，通过多元回归的方法建立一个预测模型。一种夏秋緑茶内咖啡因含量的快速检测装置，其特征在于包括可见光-近红外单点检测器I、卤素灯光源2、样品杯3、数据采集卡4、计算机5，Y型光纤6、滤波片7、自动旋转轮盘8和步进电机9，所述Y型光纤6的三个端ロ分别为端ロ A、端ロ B和端ロ C，所述Y型光纤6的端ロ A与齒素灯光源2相连,所述Y型光纤6的端ロ B设置在样品杯3内，所述Y型光纤6的端ロ C与所述可见光-近红外单点检测器I固定对准，所述Y型光纤6的端ロ C与所述可见光-近红外单点检测器I之间设置ー个可自动旋转的轮盘8，在所述轮盘8上沿周向开有圆孔，所述圆孔中设有不同波段的滤波片7，所述轮盘8通过步进电机9控制其旋转，所述步进电机9每旋转一次，刚好使所述轮盘8上的滤光片7与所述Y型光纤6的端ロ C和所述检测器I完全对准；所述检测器I通过数据采集卡4与计算机5连接。所述的光谱数据的采集的具体操作是，将茶叶样本粉碎过筛，并装入一个标准的样品杯3中压实；卤素灯2提供稳定的光源，卤素灯2发出的光通过Y型光纤6引出，Y型 光纤6与样本无缝接触，Y型光纤6引出的光均匀地照射在样本上，光在颗粒状固体颗粒内部形成漫反射，漫反射出来的光由光纤传导通过滤波片7分光后进入检测器1，检测器I将采集得到的数据通过数据采集卡4传输到计算机5 ;然后，通过轮盘8的旋转，分别让漫反射光通过不同波长滤波片7，从而检测得到不同波长下的光谱值。实施例将10克左右的夏秋绿茶粉碎过筛，然后装入一个标准的样品杯3中压实，卤素灯2提供稳定的光源，发出的光通过Y型光纤6引出，Y型光纤包括3个端ロ(A、B和C), Y光纤6的端ロ A与齒素灯2相连,光源发出的光沿着光纤传输到达Y型光纤的端ロ B,然后均匀地照射在样品杯3内的样本上，光在样本内进行漫反射，漫反射后的光再通过Y型光纤的端ロ B由光纤引入到端ロ C，Y型光纤端ロ C与检测器I固定对准。两者之间设置一个可自动旋转的轮盘8，在轮盘上沿周向开有圆孔，圆孔中设有不同波段(可见光-近红外范围)的滤波片7，轮盘8通过步进电机9控制其旋转，轮盘8每旋转一次，刚好使轮盘上的滤光片7与光纤端ロ C和检测器I完全对准；通过步进电机9带轮盘8转动，检测器I采集到的不同波长下的光谱值；通过数据采集卡传输至计算机5，并由计算机5完成数据处理和将预处理后的光谱值代入回归模型中，得到咖啡因含量的检测结果，结果在检测系统的软件界面上显示，至此，该样本检测结束。
权利要求
1.一种夏秋茶内咖啡因含量的快速检测方法，包含以下步骤 (1)建立预测模型选取一定数量并具有代表性的夏秋緑茶原料，将其粉碎过筛，称取相同重量的茶叶粉末作为ー个样本；首先开发ー种基于滤波片分光式光谱仪采集每个样本的近红外光谱数据，通过数据采集卡传输至计算机并完成相应的光谱数据的标定和预处理；然后，利用常规检测方法測量每个样本中咖啡因的含量，将其作为參考測量结果，所有样本的參考测量结果组成一个数据库为后面建立预测模型服务；最后将每个样本的光谱变量与数据库中參考测量结果相关联，通过多元回归的方法建立一个预测模型； (2)进行样本测试对于待测样本，按照步骤(I)中相同的方式获取待测样本不同波段下的光谱值，并进行相应的标定和预处理，然后将其作为特征变量代入上述建立的预测模型就得到该样本的咖啡因含量。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的光谱数据采集过程为将夏秋緑茶粉碎过筛，然后装入一个标准的样品杯中压实；光纤卤素灯提供稳定的光源，卤素灯发出的光通过光纤引出，光纤与样本无缝接触，光纤引出的光均匀地照射在样本上，光在颗粒状固体颗粒内部形成漫反射，漫反射出来的光由光纤传导通过滤波片分光后进入检测器，检测器将采集得到的数据通过采集卡传输到计算机；然后，通过轮盘的旋转，分别让漫反射光通过不同波长滤波片，从而检测得到不同波长下的光谱值。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的光谱值标定、预处理和预测模型建立，是先通过标准的白板对原始光谱值进行黒白校正，对采集得到不同波长下的光谱值采取标准归一化预处理，然后，将这些光谱变量与数据库中每个样本的參考测量结果相关联，通过多元线性回归的方法建立一个预测模型。
4.一种夏秋緑茶内咖啡因含量的快速检测装置，其特征在于包括检测器(I)、卤素灯光源(2)、样品杯(3)、数据采集卡(4)、计算机(5)，Y型光纤(6)、滤波片(7)、自动旋转轮盘(8)和步进电机(9)，所述Y型光纤(6)的三个端ロ分别为端ロ A、端ロ B和端ロ C，所述Y型光纤出)的端ロ A与卤素灯光源(2)相连，所述Y型光纤￠)的端ロ B设置在样品杯(3)内，所述Y型光纤(6)的端ロ C与所述可见光-近红外单点检测器(I)固定对准，所述Y型光纤(6)的端ロ C与所述可见光-近红外单点检测器(I)之间设置一个可自动旋转的轮盘(8)，在所述轮盘(8)上沿周向开有圆孔，所述圆孔中设有不同波段的滤波片(7)，所述轮盘(8)通过步进电机(9)控制其旋转，所述步进电机(9)每旋转一次，刚好使所述轮盘(8)上的滤光片(7)与所述Y型光纤(6)的端ロ C和所述检测器(I)完全对准；所述检测器(I)通过数据采集卡(4)与计算机(5)连接。
5.根据权利要求4所述的ー种夏秋緑茶内咖啡因含量的快速检测装置，其特征在于所述滤波片(7)的波段范围为可见光-近红外范围，所述检测器(I)为可见光-近红外单点检测器。
全文摘要
一种夏秋绿茶内咖啡因含量的快速检测装置，包括检测器(1)、卤素灯光源(2)、样品杯(3)、数据采集卡(4)、计算机(5)，Y型光纤(6)、滤波片(7)、自动旋转轮盘(8)和步进电机(9)；测试步骤为建立预测模型开发一种光谱仪采集每个样本的近红外光谱数据，完成相应的光谱数据的标定和预处理；利用常规方法测量样本中咖啡因的含量，作为参考测量结果，所有样本的参考测量结果组成一个数据库为后面建立预测模型服务；将每个样本的光谱变量与数据库中参考测量结果相关联，通过多元回归的方法建立预测模型。进行样本测试对于待测样本，按照上述步骤中获取待测样本不同波段下的光谱值；将其作为特征变量代入上述建立的预测模型。
文档编号G01N21/31GK102680416SQ201210115780
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者岳鹏翔, 赵杰文, 陈全胜 申请人:江苏大学