CN109932335A - 一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法及测定用led近红外光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法测定用LED近红外光谱仪。所述方法包括：(1)样品的制备；(2)对做好的样品进行测量，得到一组样品的谱图及其对应的橡胶含量数据模型的建立；(3)对待侧样品进行测量，根据光谱峰值，利用步骤2的模型，得到橡胶含量。所述近红外光谱仪包括：LED阵列光源、弧面镜和检测器；所述LED阵列光源包含8个不同的单波长LED以圆形排列，通过卡槽均匀的设置在弧面镜里；所述弧面镜为单面反光的反光镜；弧面镜和检测器分别焊接在电路板上。本发明的测定方法方便快捷，误差小。

Description

一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法及测定用LED近红 外光谱仪

技术领域

本发明涉及橡胶检测技术领域，进一步地说，是涉及一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法及测定用LED近红外光谱仪。

背景技术

近红外光谱技术是从20世纪五六十年代开始发展的技术，到了20世纪90年代，由于化学计量学的发展，近红外光谱和化学计量学的结合使得近红外光谱技术得到了更近一步的发展。现在技术有了一定的成熟的发展，近红外光谱结合化学计量学的方法在食品、医药领域等等有了十分有效的应用，但是在天然橡胶中的应用却几乎没有。

以前天然橡胶中橡胶含量的测定需要通过差重法、红外法、凝胶渗透色谱法等等一系列的方法来进行。但是这些方法所需要的时间都特别长，甚至长达1至2天才能测定完成，且误差较大，所以我们将近红外光谱技术应用于天然橡胶的测量中；近红外光谱技术是快速、无损、绿色的检测技术，可以做到实时定量含量的生产要求。

近红外光谱技术的光谱范围十分广阔(750nm-2500nm)，现在已经研制出来的近红外光谱仪大体上分为全波段、短波(800nm-1300nm)、中短波(900-1700nm)这么几种。但是天然橡胶的近红外特征吸收峰的最高值在1940nm-2200nm，最低在970nm左右处，因而现在的仪器设备无法很好的满足橡胶含量的实际测量。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法及测定用LED近红外光谱仪。可以通过在近红外光谱中C-H、O-H、N-H的特征吸收峰的强度，结合所建立好的近红外预测模型，预测出样品的橡胶含量。所以本发明解决的技术问题是用新的技术来代替原来的近红外光谱仪器光源等，从而来得到符合橡胶含量测定的实际测量的近红外光谱仪器。

本发明的目的之一是提供一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法。

包括：

(1)样品的制备；

(2)对做好的样品进行测量，得到一组样品的谱图及其对应的橡胶含量数据模型的建立；

(3)对待侧样品进行测量，根据光谱峰值，利用步骤2的模型，得到橡胶含量。

优选：

步骤(1)，样品的制备包括：固体样品的制备或液体样品的制备。

固体样品的制备：

将植株烘干去除水分，得到干胶样品，然后冷冻研磨，压片，得到片状样品；

液体样品的制备：

将植株划开，流出胶乳，胶乳中加入氨水，形成均以稳定的溶液，得到溶液样品；

其中，优选：

固体样品的制备中，冷冻研磨至粒径200目～300目；

样品优选为直径13mm,厚度1mm的圆片。

液体样品的制备中，胶乳与氨水的质量比为10：(1～2)；

氨水可采用质量浓度为0.5％的氨水。使用氨水用作胶乳的抗凝剂，防止胶乳的快速沉降絮凝，氨水配以的溶液可以有效的保存1个月左右的时间。

步骤(2)，所述一组样品为至少9个样品，且每个样品三个平行。

步骤(2)，步骤(3)采用近红外光谱仪进行测量，近红外光谱的光源为LED阵列的光源。

本发明的目的之二是提供一种LED近红外光谱仪。

近红外光谱的光源为LED阵列的光源；光谱范围900nm-2200nm。

所述近红外光谱仪包括：LED阵列光源、弧面镜和检测器；

所述LED阵列光源包含8个不同的单波长LED以圆形排列，通过卡槽均匀的设置在弧面镜里；所述弧面镜为单面反光的反光镜；弧面镜和检测器分别焊接在电路板上。

8个LED的单波长分别是：1000、1300、1400、1600、1700、1900、2100nm。

本发明的LED阵列的光源为近红外光谱的光源，以其单色性好的特质以及十分完备的带宽连续性，从而获得合适橡胶含量测定所需要的光谱范围(900nm-2200nm),然后经过光纤照射在样品池中，最终进入光谱仪中分析。在电脑中的会有相对应的处理软件与之匹配。在光谱仪中植入我们预先测定建立好的橡胶预测模型，在实际测量中可以一步得出橡胶含量。实现快速、无损、实时的测量效果。

具体可采用以下方法步骤：

1、样品的制备：

①固体样品的制备

以蒲公英橡胶为例，将植株烘干去除水分，得到干胶，然后冷冻研磨，得到植株的细粉状，取100mg压片，得到片状样品。

②液体样品的制备

以蒲公英橡胶为例，将植株划开，流出胶乳，配以和氨水，形成均以稳定的溶液，得到溶液样品。

2、模型的建立：

对做好的样品进行测量，得到一组样品的谱图及其对应的橡胶含量数据，可以建立模型，分为校准集样品和验证集样品。

3、光谱仪器的研制：

①LED阵列光源

本发明采用的光源设计是LED阵列光源，在900nm-2200nm的波段上，建立8个LED阵列光谱源，从而可以得到样品的波段吸收峰信息，同时做了平行光源的设计，将光源发射出的光通过弧面镜的反射形成一组平行光源，以增强其光谱吸收峰值。

②检测器

本发明采用的检测器是InGaAS检测器，能够十分符合我们的光谱范围检测同时灵敏度也能够满足我们的需求。

发明的效果

1、在已有的检测技术中，差重法、红外光谱、凝胶渗透色谱的方法都是比较经典的橡胶含量测量方法，但是耗时过长，比较耽误实际生产中的时效性，同时由于耗时多、检测量小，无法满足实际生产中大批量样品的检测需要，而近红外光谱技术则更加满足实际应用，样品的损失更小，光谱的灵敏度更高，更能满足要求。

2、操作简单，方便快捷。使用近红外光谱仪有更加人性化的交互界面，且操作简单，只需要几个按键就能实现测量的全过程，更加能满足使用的客户需求。

3、定量和定性的效果更叫优良，与差重等方法相比，实验的误差值更加小。

附图说明

图1本发明的近红外光谱仪的LED阵列光源示意图；

图2弧面镜平行光源的示意图；

图3近红外光谱标准样品谱图；

图4近红外光谱所得橡胶含量标准曲线；

图5固体样品近红外标准谱图；

图6本发明的近红外光谱仪示意图。

附图标记说明：

1-LED阵列光源；2-弧面镜；3-样品池；4-检测器。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1：

1，标准胶乳样品的制备：取蒲公英胶乳与氨水配置成相应浓度的胶乳溶液，再稀释成干胶浓度0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1浓度梯度(mg/ml)共10个样本，静置5min。

2对做好的样品进行测量，得到一组样品的谱图及其对应的橡胶含量数据，可以建立模型，分为校准集样品和验证集样品；原始谱图如图3所示；建立的模型图如图4所示；

R2＝O.9055

Y＝1017.35x+92.64

3.对未知橡胶含量的样品进行测试，根据光谱峰值，利用图4，得到橡胶含量。具体含量在图4建模是已经给出，验证是否正确是有评价，是同现有的索氏提取方法测得的含量做比较(索氏提取：以4h丙酮除杂，再用4h正己烷提取，最终得到的溶液用旋蒸蒸干，得到橡胶，称重)未知5个橡胶样品做以验证：0.045,0.032,0.063,0.053,0.02；索氏提取实测分别是：0.042,0.033,0.057，

0.055,0.027。相比较而言，二者之间不大，5％以内。

实施例2

固体样品的制备：

1、将俄罗斯橡胶草烘干去除水分，得到干胶样品，然后冷冻研磨，压片，

得到片状样品；样品直径13mm,厚度1mm；

2、然后将所有的固体样品进行索氏提取，方法：4h丙酮除杂，再用4h正己烷提取，最终溶液用旋蒸蒸干，得到橡胶质量。

3、然后取2/3样品24个进行建模，得到固体近红外的橡胶模型，然后采用剩余的1/3进行模型的校正。采取的校正的样本预测值分别为得到决定系数R²为0.8573；预测标准偏差SEP为2.39；验证集标准偏差与预测标准偏差比值RPD为2.67。

数据见表1

表1

表1中的真实值为索氏提取法测量的橡胶含量，测量值为本发明的方法测量的橡胶含量。可以看出，本发明的方法测量的数据与真实值相近，但本发明的方法比索氏提取法方便，大大缩短了测量时间。

实施例3：

实施例1和实施例2采用的LED近红外光谱仪。

近红外光谱的光源为LED阵列的光源；光谱范围900nm-2200nm。

所述近红外光谱仪包括：LED阵列光源、弧面镜和检测器；

所述LED阵列光源包含8个不同的单波长LED以圆形排列，通过卡槽均匀的设置在弧面镜里；所述弧面镜为单面反光的反光镜；弧面镜和检测器分别焊接在电路板上。8个LED的单波长分别是：1000、1300、1400、1600、1700、1900、2100nm。

Claims (10)

1.一种用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于所述方法包括：

(1)标准样品的制备；

(2)标准样品进行测量，得到一组样品的谱图及其对应的橡胶含量数据，建立模型；

(3)对待测样品进行测量，根据光谱峰值，利用步骤(2)的模型，得到橡胶含量。

2.如权利要求1所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

步骤(1)，样品的制备包括：固体样品的制备或液体样品的制备。

3.如权利要求2所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

固体样品的制备：

将植株烘干去除水分，得到干胶样品，然后冷冻研磨，压片，得到片状样品；

液体样品的制备：

将植株划开，流出胶乳，胶乳中加入氨水，形成均以稳定的溶液，得到溶液样品。

4.如权利要求3所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

固体样品的制备中，冷冻研磨至粒径200目～300目。

5.如权利要求3所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

液体样品的制备中，胶乳与氨水的质量比为10:(1～2)。

6.如权利要求1所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

步骤(2)，所述一组样品为至少9个样品，且每个样品三个平行。

7.如权利要求1所述的用于植物中天然橡胶含量测定的方法，其特征在于：

步骤(2)，步骤(3)采用近红外光谱仪进行测量，近红外光谱的光源为LED阵列的光源。

8.一种如权利要求1～7之一所述方法用的LED近红外光谱仪，其特征在于：

近红外光谱的光源为LED阵列的光源；光谱范围900nm-2200nm。

9.如权利要求8所述的LED近红外光谱仪，其特征在于：

所述近红外光谱仪包括：LED阵列光源、弧面镜和检测器；

所述LED阵列光源包含8个不同的单波长LED以圆形排列，通过卡槽均匀的设置在弧面镜里；所述弧面镜为单面反光的反光镜；弧面镜和检测器分别焊接在电路板上。

10.如权利要求9所述的LED近红外光谱仪，其特征在于：

8个LED的单波长分别是：1000、1300、1400、1600、1700、1900、2100nm。