便携式短波近红外漫透射玉米成分快速分析仪的研制和应用

　　1 引 言

　　商品玉米品质的准确、快速检测对于我国玉米生产和玉米市场交易都是极其关键的一环，我国是玉米原粮生产大国，而我国玉米的种植是以农户为单位分散种植，土壤肥力、田间管理、收获日期、家庭短期存放方式都是影响玉米品质的因素。在秋粮收购时，商品玉米的检测量无形中呈大幅度增加，而目前我国粮食购销企业对入库玉米的检验还部分停留在手掐牙咬阶段，主观因素直接影响入库玉米的检验定等结果，虽然我国政府也强调玉米入库要以容重法定等，但容重法仅能对玉米的成熟度和水分有一大致的估计[1]，而真正意义上的玉米主要成分的信息无法把握。

　　近红外吸收光谱是物质分子中含氢基团基频振动的倍频和合频跃迁所形成的吸收光谱[2];它可以用来定量测定谷物中的营养成分;而且国外已有用于谷物成分检测的商品仪器出现，但国内目前仅有几家单位在开发或完善玉米成分快速分析仪[3-4]，因此研制适合我国玉米成分的快速分析仪就显得极为迫切。吉林省光谱分析仪器工程技术研究中心在吉林省重大科技攻关项目的支持下，最近研制开发出一种基于短波近红外漫透射的玉米成分快速分析仪-SWNIR-100 型玉米成分快速分析仪。该仪器已被用于商品玉米中四种主要成分——水分、脂肪、蛋白质和淀粉的测定，获得了满意的结果。

　　2 仪器的研制

　　2.1 仪器测定的基本原理

　　谷物颗粒对入射其上的近红外光有吸收、透射、反射的作用[5，经样品多次吸收、反射后透过样品抵达检测器的光称为漫透射光，图1为其示意图。本项目研制的便携式玉米成分快速分析仪就是利用这种样品对短波近红外光(SWNIR)的漫透射作用来获得被测玉米样品的成分信息的;由于玉米中的水分、蛋白质、脂肪和淀粉在SWNIR 区的吸收强度低，因而透射光较强，得到的吸收光谱是四种成分叠加形成的变宽的吸收峰，但经过化学计量学方法校正处理后也可得到四种成分的各自含量信息。

　　2.2 仪器的结构

　　仪器由集成化光源(超高亮LED、窄带干涉滤光集成)、扩束器、样品池、检测器、微处理器、温度传感器、信号放大和控制器及结果显示系统组成，如图2所示。

　　2.3 仪器各部件简介

　　2.3.1集成光源系统

　　为了保证光源的稳定性和可靠性及适应现场检测的需要，本项目研制的玉米成分快速分析仪采用了超高亮近红外发光二极管(NIR-LED)加硬膜近红外窄带干涉滤光片进行的集成化设计，使光源/ 单色器形成全固态的一体化结构;光源的激励方式采用电压反馈激励方式，使仪器在做空白测量时，各波长处的辐射强度保持一致，而光源中每个发光单元采取依次点亮和熄灭的方式工作，尽可能降低光源的能耗，同时提高稳定性。