本发明专利技术提供了一种基于手持式智能近红外结合传感芯片来检测谷物掺陈度的方法及装置。首先筛选出对新鲜谷物和陈化谷物敏感的色敏材料吡咯类和卟啉类各两个制作成传感芯片。然后，利用传感芯片来检测谷物的不同掺陈度。最后，通过制作的手持式智能近红外检测装置，获取传感芯片的强度光谱数据，利用联合区间偏最小二乘法进行初步的变量筛选，然后使用蚁群算法，竞争性自适应重加权算法结合偏最小二乘法来构建谷物掺陈度的预测模型,最后可以将检测数据上传到云端数据库中进行查看等操作。结果可知，本发明专利技术的方法及装置，可直接对谷物进行检测，无需进行样品预处理，有效的提高了工作人员的检测效率。人员的检测效率。人员的检测效率。
【技术实现步骤摘要】
基于手持式智能近红外结合传感芯片来检测谷物掺陈度的方法及装置
[0001]本专利技术为食品安全
，具体涉及近红外结合比色传感器阵列检测谷物掺陈度的方法及装置。
技术介绍
[0002]谷物是中国重要粮食作物，已有五千年栽培历史，中国东北为主产区，是一种其种子含有丰富植物蛋白质的作物。谷物最常用来做各种豆制品、榨取豆油、酿造酱油和提取蛋白质。然而谷物在储藏期间由于其新陈代谢等原因，造成营养成分流失和食用品质下降，甚至产生有毒有害物质。但目前粮食行业中，存在着以陈代新，以次充好的现象，严重侵害消费者利益身心健康。因此，无论从健康还是谷物的储存等角度，对谷物掺陈度的检测都显得尤为重要。
[0003]目前检测谷物陈化度的方法主要为气味分析法，理化指标法，和电子鼻技术，气味分析法主要为感官评定法和气相色谱质谱联用技术，他们分别存在着主观性强，无法实现大批量检测和检测时间长，仪器价格昂贵，检测时间长的问题；理化指标法可分为脂肪酸值法，比色法，愈创木酚法等众多检测方法，但是他需要预处理选择性差；电子鼻技术虽然不需要预处理，快速简便但是他会因外界环境因素的影响气体检测的灵敏度和准确性。
[0004]比色传感器是化学传感器的一大门类，是一种能感知环境中待测物质及其浓度的装置或器件，可将与待测物种类和浓度有关的信息转换成电信号,从而进行检测、监控分析。但是，比色传感器的研究涉及面广、难度大，属于多学科交叉的研究领域，特征性色敏材料的开发难度大；功能较为单一，无法用一种仪器检测多种待测物的成分。
[0005]近红外光谱作为一种包含近红外光(near
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infrared,NIR)区间的电磁波，相应的波长范围为899.20
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1724.71nm，已广泛应用于固体、液体中有机成分的快速检测，在食品、农产品品质的分析领域得到广泛应用，如水果、肉类、禽蛋等等。
[0006]根据特定传感色敏材料与待检测谷物挥发性化合物的反应，可作为相应的挥发性化合物捕获传感器阵列，以实现对待检测谷物挥发气体进行定量分析。金属卟啉，吡咯与气体能发生配位结合反应，导致其能量发生变化。这一变化，能在可见光范围内的光谱进行表征，足以对不同掺陈谷物的挥发气体进行分析检测。
[0007]因此寻找一种简便快速检测谷物掺陈的方法，对满足实际生产需求有着重要的现实意义。以印染在基板的金属卟啉和吡咯为载体，获取不同掺陈度谷物的挥发气体，与其发生配位反应，通过可见/近红外光谱检测和分析其与不同掺陈度的谷物挥发气体反应后的光谱变化，结合相应的化学计量学方法，可实现不同掺陈度谷物的快速定量分析。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于传感器阵列和光谱技术的谷物掺陈度的检测方法及装置。其可实现谷物掺陈度的快速定量分析，且无需对样品进行前处理。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：特征响应的色敏材料的筛选、比色传感器的构建、近红外光谱数据采集、谷物掺陈度的检测模型的建立以及本专利技术的基于传感器阵列和光谱技术的谷物掺陈度的检测装置。该方法适用于食品安全等
[0010]针对本专利技术的方法及装置，具体采用的技术方案如下所示：
[0011]一种基于手持式智能近红外结合传感芯片的谷物掺陈度检测装置，包括手机、DLP超级移动NIR光谱仪(8)，USB数据线(6)，充电宝(9)，固定外壳(7)，加热台(2)，反应室(1)，密封盖(4)，放样槽(3)，采样处(5)，开关按钮(10)；
[0012]所述DLP超级移动NIR光谱仪(8)、USB数据线(6)、充电宝(9)放置在固定外壳(7)里，采样处(5)，开关按钮(10)设置在固定外壳(7)上，所述手机与蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)使用蓝牙连接，光谱仪(8)与充电宝(9)使用USB数据线(6)连接；所述固定外壳(7)用于固定手蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)并确定高度；所述开关按钮(10)用来打开光谱仪和蓝牙；在进行光谱采集的时候，将色敏传感器放置在采样处(5)；所述反应室(1)位于加热台(2)上方；所述反应室(1)有8个；所述放样槽(3)设置在反应室(1)上，用于放置传感器芯片；所述密封盖(4)用于密封放置在放样槽(3)的传感器芯片；所述反应室(1)用来放置谷物样品，收集谷物挥发气体。
[0013]进一步，依据蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)的大小，固定外壳(7)距离比色传感器1cm，固定外壳(7)为长宽比为1.43:1到1.45:1，其中固定外壳(7)控制光谱仪高度的是底为3.4cm～3.6cm的等腰直角三角形；采样处(5)为(0.2cm～0.3cm)*(0.2cm～0.3cm)的矩形；色敏圆斑直径为0.2cm，完全覆盖采样处(5)探头端的光斑；每个放样槽(3)为(3.4cm到3.6cm)*2cm的矩形完全覆盖反应室(1)敞口。
[0014]进一步，该装置有8个检测通道，在进行谷物样品反应时可以将8个样本放入放样槽(3)中同时反应，从而同时在采样处(10)采集8个样品的光谱数据，同时检测不同掺陈度的样品，并且实时的显示结果。
[0015]进一步，还包括谷物掺陈程度检测的云端数据库，云端数据库与本地端的连接，首先将谷物数据采集到本地数据库中，而且数据库中存储着谷物检测模型，以网页的形式实现对数据进行增，删，改，查的操作，然后将网页发布到云平台中，同时将本地数据库的数据与云数据库的数据同步，用户通过网页的形式来访问云平台中的数据，从而达到对谷物掺陈程度识别的目的。
[0016]一种基于手持式智能近红外结合传感芯片检测谷物掺陈度的方法，包括以下步骤：1)色敏材料的筛选：分别选取对待测谷物敏感的色敏材料；2)比色传感器的构建：筛选出S3，S10，T7和T9四种染料构成2
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2不同掺陈度的谷物气味捕获传感器阵列，对不同程度掺陈的谷物样品进行检测；3)近红外光谱数据的采集：利用本专利技术制作的手持式近红外检测装置获取传感器的近红外光谱数据；4)谷物掺陈度检测模型的建立。
[0017]进一步，步骤1)中，通过图像分析谷物反应前后的RGB差值和不同掺陈度的谷物反应后的RGB差值，结合试验验证，首先选出与谷物反应前后颜色差别明显的色敏材料，然后选出对新鲜谷物和陈化谷物反应后的色差明显的吡咯和卟啉类色敏材料各两个，S3，S10和T7，T9。
[0018]进一步，步骤3)中，首先称量10g的谷物样品8份分别放在反应室中，使用S3，S10，T7，T9染料制成色敏传感器，采用自由挥发的反应方式，为了使谷物气味更好的挥发，待加
热台的温度升到75℃之后依次打开反应室的密封盖将制成的比色传感器阵列放到反应槽上立刻关上密封盖并扣紧，加热12分钟后，按照放入的顺序依次拿出比色传感器，使用手持式近红外装置获取染料点上的光谱数据，以对谷物的掺陈度进行同步的检测，从制样到显示结果的整个过程在15分钟左右。
[0019]进一步，步骤4)中，先利用标准正态变量变换(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于手持式智能近红外结合传感芯片的谷物掺陈度检测装置，其特征在于，包括手机、DLP超级移动NIR光谱仪(8)，USB数据线(6)，充电宝(9)，固定外壳(7)，加热台(2)，反应室(1)，密封盖(4)，放样槽(3)，采样处(5)，开关按钮(10)；所述DLP超级移动NIR光谱仪(8)、USB数据线(6)、充电宝(9)放置在固定外壳(7)里，采样处(5)，开关按钮(10)设置在固定外壳(7)上，所述手机与蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)使用蓝牙连接，DLP超级移动光谱仪(8)与充电宝(9)使用USB数据线(6)连接；所述固定外壳(7)用于固定蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)并确定高度；所述开关按钮(10)用来打开光谱仪和蓝牙；在进行光谱采集的时候，将色敏传感器放置在采样处(5)；所述反应室(1)位于加热台(2)上方；所述反应室(1)有8个；所述放样槽(3)设置在反应室(1)上，用于放置传感器芯片；所述密封盖(4)用于密封放置在放样槽(3)的传感器芯片；所述反应室(1)用来放置谷物样品，收集谷物挥发气体。2.根据权利要求1所述的基于手持式智能近红外结合传感芯片的谷物掺陈度检测装置，其特征在于，依据蓝牙连接型DLP超级移动NIR光谱仪(8)的大小，固定外壳(7)距离比色传感器1cm，固定外壳(7)为长宽比为1.43:1到1.45:1，其中固定外壳(7)控制光谱仪高度的是底为3.4cm～3.6cm的等腰直角三角形；采样处(5)为(0.2cm～0.3cm)*(0.2cm～0.3cm)的矩形；色敏圆斑直径为0.2cm，完全覆盖采样处(5)探头端的光斑；每个放样槽(3)为(3.4cm到3.6cm)*2cm的矩形完全覆盖反应室(1)敞口。3.根据权利要求1所述的基于手持式智能近红外结合传感芯片的谷物掺陈度检测装置，其特征在于，该装置有8个检测通道，在进行谷物样品反应时可以将8个样本放入放样槽(3)中同时反应，从而同时在采样处(10)采集8个样品的光谱数据，同时检测不同掺陈度的样品，并且实时的显示结果。4.根据权利要求1所述的基于手持式智能近红外结合传感芯片的谷物掺陈度检测装置，其特征在于，还包括谷物掺陈程度检测的云端数据库，云端数据库与本地端的连接，首先将谷物数据采集到本地数据库中，而且数据库中存储着谷物检测模型，以网页的形式实现对数据进行增，删，改，查的操作，然后将网页发布到云平台中，同时将本地数据库的数据与云数据库的数据同步，用户通过网页的形式来访问云平台中的数据，从而达到对...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁玥，林颢，陈全胜，邵小康，陆波，丁文杰，
申请(专利权)人：广东省粮食科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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