便携式近红外漫反射中药质量监控仪的研制

　　0　引　言

　　假药或劣质药问题是目前世界各国特别是发展中国家共同面临的问题之一[1]。常用中药的质量评价一直是中药研究与应用的重点和难点问题,结合了 光谱测量技术和计算机技术、化学计量学的近红外漫反射光谱法主要用于中药材的鉴别和定性定量分析[2],是一种快速、简便、无损、绿色的新方法。但是目前 并无可以直接利用的小型、便携的近红外光谱仪对中药材进行现场鉴别,为了严防假药、劣药进入生产过程,所以中药质量控制对仪器提出了迫切的需求。

　　1　仪器的设计思想

　　国内近红外光谱仪市场主要以进口的傅里叶变换近红外光谱仪(FT-IR)为主,这种类型的近红外光谱仪虽然具诸多优点,但体积大,对仪器的使用 和放置环境有严格要求,仅适合于在实验室进行分析鉴定,而且价格昂贵。声光可调滤波器型近红外光谱仪体积较小,环境适应性强,扫描速度快,但分辨率相对较 低,价格也较高。引进这两类进口仪器首要的问题是仪器与售后服务的价格十分高昂,且常因配件或维护的不及时而停用。随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟, 为用户自行开发研制专用的近红外光谱仪器提供了可能,例如吉林大学仪器科学与电气工程学院研制了便携式近红外光谱仪,主要用于煤炭废弃物和金矿资源化评 价、食品成分分析和乙醇汽油品质分析[3—9]。石油化工科学研究院研制了一种新型在线近红外光谱分析仪[11]。近红外光谱技术应用于中药的检测和分析 还处于起步阶段,便携式仪器更是未见报道。由固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的近红外光谱仪器具有性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及性价 比好等特点,同时考虑到便携、光谱连续、成本等因素,所以成为首选的设计方案。

　　2　仪器的基本结构

　　2.1　仪器的硬件组成

　　基于近红外漫反射原理和对中药材快速、现场检测的需求,该便携式中药质量监控仪的硬件由以下几部分构成。

　　电源:为光源和检测器提供能量来源;

　　检测器:铟镓砷基二极管阵列检测器(含凹面平场分光光栅和珀耳帖效应温控器);

　　光源:卤钨灯;

　　取样器:光纤取样器;

　　样品池支架:带恒温槽;

　　外壳、操作开关、计算机接口、电源接口及电缆。

　　2.2　方框图

　　3　仪器的设计特色

　　3.1　光路设计

　　由光源发出的近红外光照在比色皿表面,其入射角对光谱的幅度值有影响,这是因为入射角越小,信号越强,杂散光对有用信息的影响越小,因此信噪比 越高,吸收值幅度越大。分别以30°,45°,60°的入射角进行实验,结果验证了以上假设,入射角为30°时得到的光谱曲线幅度约为入射角为60°时的 3倍。所以在光路设计中应尽可能减小入射角,以获得较强的信号。为了满足系统部件的空间安装要求,选定入射角约为15°。