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English| 發(fā)布日期：2023-03-14 |
茶文化在中國源遠(yuǎn)流長，茶葉種類繁多。按照生產(chǎn)規(guī)模的大小順序排列，分為綠茶、烏龍茶、紅茶、黑茶、白茶和黃茶等六大類[1]。茶葉中富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、茶多酚、茶多糖、咖啡堿、脂多糖、碳水化合物及各種維生素和礦物質(zhì)元素等，對人體健康十分有益。
茶葉的評價體系較早地使用了近紅外光譜分析技術(shù)，這一應(yīng)用從20 世紀(jì) 70 年代就開始了。近紅外光譜技術(shù)是指當(dāng)紅外光譜儀中光源發(fā)出的不同波長的紅外光照射到被測樣品上的時候，樣品所吸收的紅外光譜是與樣品分子振動、轉(zhuǎn)動頻率一致的光譜。在產(chǎn)生的光譜中，包含了豐富的物質(zhì)組成信息，我們通過對光譜波段的特征進(jìn)行分析，就可以得到相關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與組分信息[2]。
熊利華采取近紅外光譜分析技術(shù)，并結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，開展了茶葉中粗纖維、水分和灰分含量的定量分析研究。對建立的近紅外光譜定量分析模型進(jìn)行外部驗(yàn)證，不存在顯著性差異，一致性較好[3]。
客戶寄樣：①干茶；②鮮葉。
按要求將干茶泡水；鮮葉晾曬兩天。
圖1：茶葉樣品圖
1.將Y型反射光纖分別連接光譜儀NIRPro與鎢燈，將探頭端固定在反射支架上；USB數(shù)據(jù)線連接光譜儀與計(jì)算機(jī)；打開光譜儀與鎢燈的電源；
2.關(guān)閉鎢燈光源，采集光譜儀NIRPro暗噪聲，保存暗背景；打開光源，采集標(biāo)準(zhǔn)白板的反射光譜，保存明光譜；
3.將樣品放置在反射探頭下方，盡量使反射探頭和樣品之間的距離與保存明光譜時白板的距離保持一致。
圖2：設(shè)備搭建與采集過程
樣品采集參數(shù)設(shè)置為：
積分時間：1500ms；
每個樣品至少采集5條平行光譜。
圖3：干茶近紅外反射光譜
干茶的近紅外漫反射光譜如圖3所示。從圖中可以看出，干茶在1200nm、1450nm附近有明顯的波谷出現(xiàn)，其中1450nm附近的波谷推測是水分子的吸收導(dǎo)致的，可以通過該波谷的強(qiáng)度變化來比較不同狀態(tài)下茶葉的含水量。
圖4：鮮葉近紅外反射光譜
鮮葉的近紅外漫反射光譜如圖4所示。從圖中可以看出，鮮葉在1200nm與1450nm附近也出現(xiàn)了明顯的波谷，且1450nm處的波谷更為明顯。
圖5：干茶經(jīng)浸泡后的近紅外反射光譜
干茶經(jīng)浸泡后的近紅外反射光譜如圖5所示。從圖中可以看出，經(jīng)浸泡后的干茶在800nm、1200nm以及1450nm附近出現(xiàn)了波谷，且與浸泡前相比波谷更為明顯，說明水分子的增加加大了對近紅外的吸收。
圖6：鮮葉經(jīng)晾曬后的近紅外反射光譜
干茶經(jīng)浸泡后的近紅外反射光譜如圖6所示。從圖中可以看出，晾曬后的茶葉在1200nm及1450nm附近也出現(xiàn)了較為明顯的波谷，其中，1400nm處的波谷與晾曬前的鮮葉相比強(qiáng)度有所降低，說明水分子減少，減小了對近紅外的吸收。
圖7：四種狀態(tài)茶葉的近紅外反射光譜
四個狀態(tài)下的茶葉的近紅外反射光譜對比如圖7所示。從圖中可以看出，在1450nm附近的強(qiáng)度值由大到小依次為：浸泡后>鮮葉>晾曬后>干茶，因此判斷含水量由大到小依次為：浸泡后>鮮葉>晾曬后>干茶。
1. 實(shí)驗(yàn)分別采集到了干茶、鮮葉、浸泡后的干茶以及晾曬后的茶葉四種樣品的近紅外反射光譜，在1450nm處都采集到了不同強(qiáng)度的吸收；
2. 經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，由比較1450nm處波谷的強(qiáng)度值判斷含水量由大到小依次為：浸泡后>鮮葉>晾曬后>干茶
[1] 王夢東, 王勝鵬. 適用于 3 類茶的定性分類及主要內(nèi)含成分定量分析的近紅外預(yù)測模型的建立[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 34(01):123-127.
[2] Kasemsumran, S.; Thanapase, W.; Kiatsoonthon, A. Feasibility of near-infrared spectroscopy to
detect and to quantify adulterants in cow milk[J]. Analytical Sciences 2007, 23(7):907-910．
[3]熊利華. 近紅外光譜法快速檢測茶葉中粗纖維、水分和灰分的研究[D].東華理工大學(xué),2018.
NIRPro是一款傳統(tǒng)CT光路設(shè)計(jì)和線陣列InGaAs檢測器的近紅外光纖光譜儀。NIRPro具備良好的溫度穩(wěn)定性，在5~35℃溫度范圍內(nèi)波長偏移不超過2個像素。 采用N.A0.11高通量光路以及可配置的不同刻線光柵， 相比于同類型產(chǎn)品， 該產(chǎn)品具備更好的靈敏度和一致性。
產(chǎn)品型號 | NIRPro |
尺寸 | A-50X50： 128mm×106mm×54mm B-100X110：189x115x54.5mm |
重量 | A-50X50：0.85kg B-100X110：1.25kg
/ 2kg |
光譜范圍 | 900nm~2500nm范圍內(nèi)可配置（根據(jù)光柵不同） |
可選擇光柵 | 120g/l（適用范圍900-2500nm，光譜寬度：~1600nm） 150g/l（適用范圍900-2500nm，光譜寬度：~1500nm） 200g/l（適用范圍900-2500nm，光譜寬度：~900nm） 300g/l（適用范圍900-2000nm，光譜寬度： ~700nm） 600g/l（適用范圍900-1700nm，光譜寬度：-300nm） 830g/l（適用范圍900-1700nm，光譜寬度：-200nm）
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光譜分辨率 | 最佳0.5nm <6nm(900-1700nm, 25um狹縫） <8nm(950-2450nm,25um狹縫） |
信噪比 | ≥10000：1（-2200nm，100ms積分時間） ≥1000：1（-2500nm，1ms積分時間）
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動態(tài)范圍 | 8000:1(-2500nm檢測器，~2500nm) 12000:1（-2200nm檢測器，~1700nm）
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積分時間 | 50μs~200ms（光譜范圍-2500nm） 50us~5S（光譜范圍-2200nm）
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像素 | 256pixels 512pixels |
暗噪聲 | ~10RMS（1ms/ -2500nm檢測器） ~10RMS(100ms,-2200nm檢測器）
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狹縫 | 10um、15um、20um、25um、50um、100um、200um或可定制 |
光纖接口 | SMA905 |
通訊接口 | USB-B/ 24Pin Connector |
檢測器制冷 | TEC制冷，-25℃ |
供電 | 5V/4A |
工作溫度 | 5-35℃ |
工作濕度 | 5%-85% |
? 可以根據(jù)客戶需求配置不同規(guī)格的InGaSe檢測器和光柵，滿足客戶多種波長、信噪比和響應(yīng)需求；
? 深制冷檢測器，信噪比高；
? 體積小巧， 滿足多種近紅外儀器開發(fā)需求；
? 優(yōu)化的CT光路設(shè)計(jì)， NA.0.11， 光通量高，靈敏度高；
? 可配置高速驅(qū)動電路板， 幀率最快可達(dá)4K/S。
? 帶Key-SMA905，插拔一致性高；
? 專業(yè)化生產(chǎn)工業(yè)， 批次一致性高，溫度穩(wěn)定性好
應(yīng)用領(lǐng)域
? 石油石化
? 制藥在線監(jiān)測
? 塑料回收
? 科學(xué)研究
? 紡織品快速檢測
? 半導(dǎo)體發(fā)光
