基于光声频谱检测食用油优劣性的装置

摘 要 本装置基于凝聚态物质中光声效应产生的机理，实现对食用油优劣性的检验。每种物质分子结构不同，故都有其特定的摩尔吸光系数。油的吸光系数发生改变会间接影响光声信号的强度。因此，根据摩尔吸光系数的不同，可以对难以辨认的劣质油进行鉴别。通过将液体样品置于共振光声池上，在容器侧面放置驻极体电容式麦克风微声器，将一束由调制电路调制好的大功率LED光源照射在液体上，食用油吸收特定频率的光能，并以周期性释放内能，从而导致光声池空气产生周期性变化，激发光声信号；利用驻极体电容式麦克风微声器采集液体样品的光声信号，通过放大电路将光声信号放大并连接示波器观察波形，使用音频线传输到电脑并频谱分析，提取光声信号的具体信息；根据摩尔吸光系数不同的食用油对应不同的光声信号，检测出劣质油。

关键词 光声效应 ；食用油优劣性； 摩尔吸光系数； 频谱分析

中图分类号O59 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0150-02

0 引言

地沟油事件已成为重大公共卫生问题和人们关注的热点。 这些含有“地沟油”的劣质油， 含有多种有毒有害成分， 它们以低廉的价格回流到食品市场和餐饮业， 这些劣质油在外观和气味上与正常食用油很难区别，其中含有大量潜在的致癌物质，使普通消费者深受其害，已经引起社会的高度关注。

据了解，目前针对地沟油的检测方法主要有，理化指标检验法，胆固醇含量判定法，薄层色谱检测极性物法等等，这些方法各有优劣，但大多操作步骤复杂，实验花费较大，从而大大限制了在食用油检测领域的应用。本实验使用用一种创新性设计装置，以检测油品摩尔吸光系数，以辨别油的优劣性。

每种物质分子结构不同，故都有其特定的摩尔吸光系数。而油的吸光系数发生改变会间接影响光声信号的强度。因此，根据摩尔吸光系数的不同，可以对难以辨认的劣质油进行鉴别。

而我们的装置设计采用了前沿的光声效应，光源周期性调制原理和光声光谱技术等，快速准确测量油品摩尔吸光系数，数字化数据处理的现代化手段取代实验室传统的示波器，既能快速处理接收到的声波信息，得到准确的测量结果，并智能化显示出来。油品吸收周期性的光，光能转化为热能，进而加热样品池中的气体，产生周期性波动，继而检测此声波的特征量，样品与声波一一对应，继而鉴别优质食用油和劣质食用油或其它的油。

更重要的是，本设计装置简单，操作方便，灵敏度高，可塑性强，无污染而且大大降低了成本。

1 实验原理

1.1 共振光声池原理

图1 光声池示意图

光声池的工作原理就类似于物理力学中的弹簧振子，在这个模型中光声腔可以看作是一个弹簧，光声腔中的气体就可以看作是一个振子，当下端空腔中发生光声效应的时候，由于待测样品周围的空气发生振动，通过中间管道同样带动上面空腔内空气发生振动，当把光源的频率调整到与光声腔中气体振子频率相同的时候就会产生共振现象，此时光声效应最为明显。图1是光声池的示意图。

但是由于气体分子的体积相对于光声池较小，故我们还通过多种途径减小噪音，增强光声信号。

光声池总体示意图

增强光声信号的几种途径：

1）优化光声池（增加其密封性、优化结构设计、改变材料装置）；

2）将调制频率调制到光声池的共振频率；

3）加大调制光源的发射功率，使油能够吸收更多来自光源的能量。

1.2 食用油的检测原理

每种物质分子结构不同，故都有其特定的摩尔吸光系数。根据比尔定律，吸光度A与吸光物质的浓度c和吸收池光程长b的乘积成正比。当c的单位为g/L，b的单位为cm时，则 A = abc，比例系数a称为吸收系数，单位为L/g.cm；当c的单位为mol/L，b的单位为cm时，则 A = εbc，比例系数ε称为摩尔吸收系数，单位为L/mol.cm，数值上ε等于a与吸光物质的摩尔质量的乘积。

正常食用油经过多次翻炸之后性质也会发生改变，故其摩尔吸光系数会产生变化。油的吸光系数发生改变会间接影响光声信号的强度。通过对光声信号的频谱分析，我们可以实现对食用油优劣性的检测。

2 结果及误差分析

2.1 油品频谱图

2.2 数据处理

由于本装置理想的精度较大，实验结果仍有一定的误差，故仍存在系统误差与随机误差。

1）油量在等量测量时存在着体积测量误差；

2）电路内部传输时信号的部分衰减；

3）检测过程中无法避免的外界噪音；

4）频谱分析的数据存在一定的读数误差。

3 结论

从有无油品的光声信号测量中可知：油这种凝聚态物质是可以用光声原理来测量的；再对比优质油和劣质油的光声信号，得出：由于油的摩尔吸光系数的改变，使得放置劣质油样品的光声池信号比优质油的信号小，实验显现与理论计算得出的结论相符合。

在本光声频谱装置检测中，待测油样品本身既是被检测的研究对象，也是吸收光辐射的“传感器”。所以本检验方发可以在一定的范围内，体现适用，即能够使更多种类的油样品可以被检测出其品质的好坏。

参考文献

[1]吴硕.基于光声光谱的油中水含量检测技术研究.沈阳理工大学硕士学位论文，2011.

[2]李娟，牛涛涛.光谱技术在植物油脂掺伪和地沟油检测上的应用.中国期刊，2012（3）.

[3]杨观镇.光声效应的实验研究.中山大学学报论丛，1998（6）.