一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法，其特征在于，包括：利用光学透镜组合装置将脉冲激光器发射的低能量激光聚焦于富硒蔬菜表面，得到硒元素等离子体；通过偏振分束器和光谱仪采集硒元素等离子体的偏振光谱图；计算富硒蔬菜表面硒元素等离子体的的光强反射率R和透射率T；在偏振光谱图中提取硒元素峰值光强，根据反射透射模型计算出蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I

【技术实现步骤摘要】
一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法


[0001]本专利技术属蔬菜富硒检测方法
，具体涉及一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法。

技术介绍

[0002]硒元素是人体生命活动中许多抗氧化酶的必要组成部分，被誉为“生命的奇效元素”和“抗癌之王”，适量补硒有助于增强机体免疫力、延缓衰老和抗癌防癌。
[0003]在硒元素检测技术的研究中，常规化学分析方法具有稳定性好、精准度高的优点，但是设备昂贵且不易搬动。作为一种绿色无污染的测量手段，光学方法可以对富硒蔬菜进行现场快速测量。其中，激光诱导击穿光谱（laser
‑
induced breakdown spectroscopy, LIBS）技术主要依靠脉冲激光激发和灼烧物质产生等离子体，用光谱仪检测并获得元素含量信息。
[0004]偏振态是光子受电磁场影响产生的，在等离子体非平衡态时存在各向异性电子速度分布使得硒元素的轫致辐射、复合辐射都具有一定的线偏性。在等离子体复合过程中，处于局部热平衡状态的硒原子和电子的单位时间偏转粒子数不同，导致了辣椒中硒元素复合辐射的偏振化。因此，偏振分辨激光诱导击穿光谱（polarization
‑
resolved laser
‑
induced breakdown spectroscopy，PRLIBS）技术借助等离子体中的偏振信息，有助于提高检测数据的信噪比和信背比，增强硒含量光谱信息的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法，以实现蔬菜富硒元素的稳定检测，并且可以降低对激光能量的需求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法，包括：步骤S1：利用光学透镜组合装置将脉冲激光器发射的低能量激光聚焦于富硒蔬菜表面，得到硒元素等离子体；步骤S2：通过偏振分束器和光谱仪采集步骤S1所述硒元素等离子体的偏振光谱图；步骤S3：计算步骤S1所述硒元素等离子体的光强反射率R和透射率T；步骤S4：在步骤S2所述偏振光谱图中提取硒元素峰值光强，根据步骤S3所述光强反射率R和透射率T计算出蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I
(s)ji
；步骤S5：结合菲涅尔方程，根据步骤S4所述横波信号I
(s)ji
判断计算蔬菜中的富硒元素I
se
。
[0007]优选地，步骤S3所述计算富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R，包括：步骤S311：按照坡印廷矢量方程，计算得到步骤S1所述硒元素等离子体的光强系S；
步骤S312：根据步骤S311所述光强系S计算得到信号波每秒入射到界面单位面积上的能量J；步骤S313：利用斯涅耳定律，根据步骤S312所述能量J计算得到反射波每秒从界面单位面积带走的能量J
(r)
；步骤S314：把步骤S313所述能量J
(r)
分解成平行于入射面的分量J
(r)//
和垂直于入射面的分量J
(r)
⊥
；步骤S315：结合菲涅尔方程，根据步骤S314所述两个分量J
(r)//
和J
(r)
⊥
，计算得到富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R。
[0008]优选地，步骤S3包括富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R的计算模型为：式中，J
(r)
为反射波每秒从界面单位面积带走的能量，J
(r)//
为J
(r)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(r)
⊥
为J
(r)
矢量分解成垂直于入射面的分量，J
(i)
为入射波的能量，J
(i)//
为J
(i)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(i)
⊥
为J
(i)
矢量分解成垂直于入射面的分量，R
//
为R矢量分解成平行于入射面的分量，R
⊥
为R矢量分解成垂直于入射面的分量，α
i
为入射波电矢量与入射面的夹角。
[0009]优选地，步骤S3所述计算富硒蔬菜表面等离子体的光强透射率T，包括：步骤S321：利用斯涅耳定律，根据步骤S312所述能量J计算得到折射波每秒从界面单位面积带走的能量J
(t)
；步骤S322：把步骤S321所述的能量J
(t)
分解成平行于入射面的分量J
(t)//
和垂直于入射面的分量J
(t)
⊥
；步骤S323：结合菲涅尔方程，根据S322所述分量J
(t)//
和分量J
(t)
⊥
，计算得到富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强折射率T。
[0010]优选地，步骤S3包括富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强折射率T的计算模型为：式中，J
(t)
为折射波每秒从界面单位面积带走的能量，J
(t)//
为J
(t)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(t)
⊥
为J
(t)
矢量分解成垂直于入射面的分量，J
(i)
为入射波的能量，J
(i)//
为J
(i)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(i)
⊥
为J
(i)
矢量分解成垂直于入射面的分量，T
//
为T矢量分解成平行与入射面的分量，T
⊥
为T矢量分解成垂直于入射面的分量，α
i
为入射波电矢量与入射面的夹角。
[0011]优选地，步骤S4所述计算出蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I
(s)ji
，包括：步骤S41：根据玻尔兹曼分布公式，得到激发态能级的粒子分布数与中性原子或者该元素离子的总浓度关系式；步骤S42：利用S41所述总浓度关系式，得到激光等离子体中硒元素对应两个能级跃迁的原子线强度I
λ
；步骤S43：根据步骤S42所述原子线强度I
λ
，综合光谱接收效率和探头接收角度，得到实测的信号强度I
ji
；
步骤S44：结合步骤S315所述光强反射率R与S43所述信号强度I
ji
，推导得到蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I
(s)ji
。
[0012]优选地，步骤S4包括的蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I
(s)ji
计算模型为：式中，F是实验修正系数，C
s
是等离子体中粒子的含量，A
ji
是从j能级跃迁到i能级的跃迁几率，g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PRLIBS技术的蔬菜富硒元素检测方法，其特征在于包括：步骤S1：利用光学透镜组合装置将脉冲激光器发射的低能量激光聚焦于富硒蔬菜表面，得到硒元素等离子体；步骤S2：通过偏振分束器和光谱仪采集步骤S1所述硒元素等离子体的偏振光谱图；步骤S3：计算步骤S1所述硒元素等离子体的光强反射率R和透射率T；步骤S4：在步骤S2所述偏振光谱图中提取硒元素峰值光强，根据步骤S3所述光强反射率R和透射率T计算出蔬菜中硒元素在不同入射角、方位角下的横波信号I
(s)ji
；步骤S5：结合菲涅尔方程，根据步骤S4所述横波信号I
(s)ji
判断计算蔬菜中的富硒元素I
se
；步骤S3所述计算富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R，包括：步骤S311：按照坡印廷矢量方程，计算得到步骤S1所述硒元素等离子体的光强系S；步骤S312：根据步骤S311所述光强系S计算得到信号波每秒入射到界面单位面积上的能量J；步骤S313：利用斯涅耳定律，根据步骤S312所述能量J计算得到反射波每秒从界面单位面积带走的能量J
(r)
；步骤S314：把步骤S313所述能量J
(r)
分解成平行于入射面的分量J
(r)//
和垂直于入射面的分量J
(r)
⊥
；步骤S315：结合菲涅尔方程，根据步骤S314所述两个分量J
(r)//
和J
(r)
⊥
，计算得到富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R；步骤S3包括富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强反射率R的计算模型为：式中，J
(r)
为反射波每秒从界面单位面积带走的能量，J
(r)//
为J
(r)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(r)
⊥
为J
(r)
矢量分解成垂直于入射面的分量，J
(i)
为入射波的能量，J
(i)//
为J
(i)
矢量分解成平行于入射面的分量，J
(i)
⊥
为J
(i)
矢量分解成垂直于入射面的分量，R
//
为R矢量分解成平行于入射面的分量，R
⊥
为R矢量分解成垂直于入射面的分量，α
i
为入射波电矢量与入射面的夹角；步骤S3所述计算富硒蔬菜表面等离子体的光强透射率T，包括：步骤S321：利用斯涅耳定律，根据步骤S312所述能量J计算得到折射波每秒从界面单位面积带走的能量J
(t)
；步骤S322：把步骤S321所述的能量J
(t)
分解成平行于入射面的分量J
(t)//
和垂直于入射面的分量J
(t)
⊥
；步骤S323：结合菲涅尔方程，根据S322所述分量J
(t)//
和分量J
(t)
⊥
，计算得到富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强折射率T；步骤S3包括富硒蔬菜表面硒元素等离子体的光强折射率T的计算模型为：式中，J
(t)
为折射波每秒从界面单位面积带走的能量，J
(t)//
为J
(t)
矢量分解成平行于入射...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐将，徐媛，姚明印，王晓，刘斌，黄杨生，曾敏，
申请(专利权)人：江西农业大学，
类型：发明
国别省市：