一种利用近场微波检验乳糖含量的方法技术

该发明专利技术公开了一种利用近场微波检验乳糖含量的方法，涉及利用近场微波检测乳糖含量的方法。本发明专利技术的检测原理位乳糖是一种非电解质，它的存在会导致所检测样品的电导率下降，从而使得损耗功率下降。因此会导致谐振器在谐振时品质因数Q会增大，进一步影响谐振频率的变化。相比于传统方法需要对待测样品进行长时间的，复杂的，采用腐蚀性药剂进行的预处理，本发明专利技术只需将样品置于载玻片上并且固定在探针下方即可进行检测；检测快速、分辨率高的特点，对每一组样品只需30分钟就可以分析出精确结果，并且检测结果精确度可以达到0.02mol/L。不产生任何对环境、对人体不友好的影响，是一种绿色、环保的检测方式。环保的检测方式。环保的检测方式。

【技术实现步骤摘要】
一种利用近场微波检验乳糖含量的方法


[0001]本专利技术涉及利用近场微波检测乳糖含量的方法，属于食品检测方法类。

技术介绍

[0002]乳糖，英文名称Lactose，是由葡萄糖和半乳糖组成的双糖，在婴儿发育的过程中，乳糖为婴儿的生长发育、新陈代谢、组织的合成提供大量能量。分子式为C
12
H
24
O
12
，传统的检测方法有：高效液相色谱法、比色法、直接滴定法、分光光度法、近红外光谱法等。高效液相色谱法的稳定性差、耗时长、成本高，而且用到化学试剂。比色法虽然成本较低、灵敏度高，但是稳定性差，并且需要复杂的预处理。直接滴定法的测量结果在一定程度上受到干扰，准确性不足。分光光度法虽然灵敏度高，但是操作繁琐，对检测条件要求严格。近红外光谱法需要大量样本建立预测模型，建立模型过程比较复杂，费时费力，而且容易受到水分子的影响，测量结果准确性不足。
[0003]所以在现阶段,面对食品检测手段存在的诸多缺陷，亟待提出一种新的检测手段。本专利技术主要通过近场微波测定溶液中乳糖浓度。该技术是利用近场微波实现对乳糖含量的检测。是一种无损、高效、操作简单、灵敏度高、无污染物的检测手段。检测所用到的微波频率在1.9GHz左右，不会产生电离辐射，对人体不会造成伤害。通过实验验证，近场微波检测牛奶中乳糖的分辨率可以达到0.02mol/L(7.21mg/mL)。在实验前期，检测样品无需被复杂的处理，利用矢量网络分析仪和同轴谐振器就可以得到检测样品的Q值、谐振频率f
r
、带宽、S参数，通过对这些参数的分析，就可以得到乳糖的浓度。
[0004]由对比可知，近场微波检测乳糖含量具有明显的优势，是一种高效、实时的检测手段，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提出一种利用近场微波技术测定乳糖含量的方法，建立乳糖浓度和电磁参数的对照数据，通过测量未知浓度乳糖浓度样品的品质系数Q值、谐振频率f
r
、S参数等，通过与对照数据对比从而得到其乳糖浓度。
[0006]利用近场微波测定乳糖浓度的方法：微波通过谐振器尖端的细铜针发出，微波信号通过样品后会有所改变，最终的微波信号会被测量，由系统分析、处理后得到具体的电磁参数，最后推断出样品中乳糖的浓度。其检测装置包括：探针、四分之一波长同轴双端口谐振器、矢量网络分析仪、三维位移台、笔记本电脑。
[0007]本专利技术技术方案为一种利用近场微波检验乳糖含量的方法，该方法中涉及的到装置包括：探针、四分之一波长同轴双端口谐振器、矢量网络分析仪、三维位移台、信号发生与接收装置、电脑；矢量网络分析仪产生信号，经过谐振腔后由探针发射，探针接收样本返回的信号，经过谐振腔后由矢量网络分析仪采集信号，然后电脑对采集的信号进行处理；
[0008]该方法的步骤包括：
[0009]步骤1：准备检测的样品；
[0010]步骤2：将步骤1中准备的一组标准乳糖浓度为c1,c2,...c
n
的样品固定至位移台的载玻片上，操作位移台使样品移动至探针下方，样品与针尖的固定距离为d，d的长度应小于或等于使用波长的百分之一；
[0011]步骤3：在步骤2位移台位置的基础上，由矢量网络分析仪内部信号源产生微波信号；
[0012]步骤4：矢量网络分析仪扫描不同乳糖浓度对应的品质因数Q1,Q2,...Q
n
和谐振频率f1,f2,...f
n
并拟合出Q＝Q(c)和f＝f(c)曲线；其中Q表示品质因数，f表示谐振频率，c表示标准样品的浓度；
[0013]计算谐振频率，用公式(1)表示：
[0014][0015]此公式表示乳糖含量的变化引起谐振器的谐振频率的变化；公式中V表示包含样品在内的谐振腔的体积，ε表示乳糖含量变化之前的介电常数、μ表示乳糖含量变化之前的磁导率、E0表示乳糖含量变化之前的电场强度、H0表示乳糖含量变化之前的磁场强度、ω0表示乳糖含量变化之前的谐振频率，ε+Δε表示乳糖含量变化之后的介电常数、E示乳糖含量变化之后的电场强度、H示乳糖含量变化之后的磁场强度、ω分别表示乳糖含量变化之后的谐振频率；
[0016]步骤5：测试样品的乳糖浓度为c
m
，c
m
∈[c
min
,c
max
],c
min
和c
max
为基于步骤4中拟合曲线得到的可测的最小浓度和最大浓度；基于步骤4中Q＝Q(c)和f＝f(c)曲线，得到的可测的最小品质因数Q
min
＝Q(c
min
)和最小谐振频率f
min
＝f(c
min
)，可测的最大品质因数Q
max
＝Q(c
max
)和最大谐振频率f
max
＝f(c
max
)；
[0017]步骤6：按照步骤2放置待测样品和移动位移台，按照步骤3相同的扫描方式扫描，得到该样品的品质因数Q
m
和谐振频率f
m
；若Q
m
∈[Q
mni
,Q
max
]并且f
m
∈[f
min
,f
max
]，则通过品质因数和谐振频率对应的拟合曲线，分别测得该样品浓度c
m
具体数值；如果通过品质因数Q
m
和谐振频率f
m
测得的浓度值之间差距小于R，则可认为结果准确；否则认为误差较大，重新进行测量。
[0018]进一步的，所述步骤6中，R＝[0.02mol/L，0.04mol/L]。
[0019]本专利技术的检测原理位乳糖是一种非电解质，它的存在会导致所检测样品的电导率下降，从而使得损耗功率下降。因此会导致谐振器在谐振时品质因数Q会增大，进一步影响谐振频率的变化。
[0020]本专利技术提出了一种利用进场微波技术测定乳糖浓度的方法，与现有技术相比具有以下优势：
[0021]第一，本专利技术对待测样品预处理简单，相比于传统方法需要对待测样品进行长时间的，复杂的，采用腐蚀性药剂进行的预处理，本专利技术只需将样品置于载玻片上并且固定在探针下方即可进行检测；
[0022]第二，本专利技术具有检测快速、分辨率高的特点，对每一组样品只需30分钟就可以分析出精确结果，并且检测结果精确度可以达到0.02mol/L。
[0023]第三，本专利技术为微波检测，不产生任何对环境、对人体不友好的影响，是一种绿色、
环保的检测方式。
附图说明
[0024]图1为检测的装置图。1是同轴谐振器，是二端口的谐振器；2是同轴谐振器尖端的探针；3是待检测的样品；4是载玻片，检测前需要将检测样品放到载玻片上；5是位移台，用来盛放检测的样品；6是矢量网络分析仪，用来产生，接收，分析微波信号；7是笔记本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用近场微波检验乳糖含量的方法，该方法中涉及的到装置包括：探针、四分之一波长同轴双端口谐振器、矢量网络分析仪、三维位移台、信号发生与接收装置、电脑；矢量网络分析仪产生信号，经过谐振腔后由探针发射，探针接收样本返回的信号，经过谐振腔后由矢量网络分析仪采集信号，然后电脑对采集的信号进行处理；该方法的步骤包括：步骤1：准备检测的样品；步骤2：将步骤1中准备的一组标准乳糖浓度为c1,c2,...c
n
的样品固定至位移台的载玻片上，操作位移台使样品移动至探针下方，样品与针尖的固定距离为d，d的长度应小于或等于使用波长的百分之一；步骤3：在步骤2位移台位置的基础上，由矢量网络分析仪内部信号源产生微波信号；步骤4：矢量网络分析仪扫描不同乳糖浓度对应的品质因数Q1,Q2,...Q
n
和谐振频率f1,f2,...f
n
并拟合出Q＝Q(c)和f＝f(c)曲线；其中Q表示品质因数，f表示谐振频率，c表示标准样品的浓度；计算谐振频率，用公式(1)表示：此公式表示乳糖含量的变化引起谐振器的谐振频率的变化；公式中V表示包含样品在内的谐振腔的体积，ε表示乳糖含量变化之前的介电常数、μ表示乳糖含量变化之前的磁导率、E0表示乳糖含量变化之前的电场强度、H0表示乳糖含量变化之前的磁场强度、ω0表示乳糖含量变化之前的谐振频率，ε+Δε表示乳糖含量变化之后的介电常数、E示乳糖含量变化之后的电场强度、H示乳糖含量变化之后的磁场强度、ω分别表示乳糖含量变化之后的谐振频率；步骤5：测试样品的乳糖浓度为c
m
，c
m
∈[c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国栋，范喆，吴喆，蔡骐骏，刘昊洋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：