食用合成色素拉曼光谱检测关键技术研究

摘要

随着食用合成色素被广泛应用于食品工业，违规使用合成色素导致的食品安全事件屡见不鲜，给人民的生命安全造成了巨大威胁，因此食品中合成色素的现场快速检测成为亟待解决的问题。
　　等离激元增强拉曼光谱技术以其快速、简便、灵敏高等特点，在食用合成色素现场筛查方面表现出明显的优势。本文从拉曼散射出发，介绍了等离激元增强效应及壳层隔绝纳米粒子的增强机制，并根据拉曼光谱的特异性提出合成色素检测原理，进而搭建基于等离激元增强拉曼光谱技术的合成色素检测系统，尤其是研制了一套高效、自动化的合成色素前处理装置。该检测系统包含硬件与软件两部分。
　　硬件部分主要包括前处理装置、激光光源模块和光谱数据采集模块及ARM主控模块。前处理装置可实现合成色素的自动化富集、净化，并能精确定量添加增强粒子;激光光源模块提供波长稳定、光功率可调的激光以照射待测样品;光谱数据采集模块能够收集并转换待测样品散射的拉曼光信号。三大模块均由ARM主控模块控制并完成数据通信。
　　软件部分包括ARM嵌入式软件和上位机应用软件。ARM嵌入式软件采用前后台架构，主要负责接收上位机及LCD交互界面发来的命令，并控制和协调整个硬件部分完成检测流程。上位机应用软件的主要功能是待测样品的拉曼光谱采集、算法处理及合成色素判别。
　　本文最后完成了合成色素检测系统的搭建，并利用该系统对多种样品中的合成色素进行检测。实验结果表明此检测系统具有良好的灵敏度、准确性及重现性，且检测效率较高，能够满足食用合成色素现场快速检测的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 食用合成色素前处理技术研究进展

1．2．2 食用合成色素测定方法研究进展

1．3 本课题研究主要内容

第二章 合成色素检测原理与系统方案设计

2．1 拉曼散射产生机制

2．2 等离激元增强拉曼光谱技术

2．2．1 等离激元增强拉曼效应

2．2．2 壳层隔绝纳米粒子

2．3 合成色素检测原理

2．4 系统总体方案设计

2．5 本章小结

第三章 检测系统硬件设计

3．1 样品前处理装置设计

3．1．1 前处理流程选择及设计

3．1．2 前处理流程控制电路

3．2 激光光源模块设计

3．2．1 激光器功率驱动控制电路

3．2．2 激光器温度控制电路

3．3 光谱采集模块设计

3．3．1 拉曼探头

3．3．2 分光系统

3．3．3 CCD控制驱动器

3．4 主控模块设计

3．4．1 ARM最小系统设计

3．4．2 RS232电平转换电路

3．4．3 USB通信模块

3．4．4 人机交互模块

3．5 本章小结

第四章 检测系统软件设计

4．1 ARM嵌入式软件设计

4．1．1 嵌入式软件系统架构

4．1．2 LCD人机交互程序

4．1．3 前处理流程控制程序

4．1．4 串口通信程序

4．1．5 USB固件程序

4．2 上位机应用软件设计

4．2．1 上位机软件界面设计

4．2．2 上位机软件主要功能设计

4．3 本章小结

第五章 检测系统性能测试与分析

5．1 检测系统搭建

5．2 检测系统性能测试

5．2．1 检测灵敏度测试

5．2．2 检测准确性测试

5．2．3 检测效率及重现性测试

5．2．4 光谱判别功能验证

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

硕士期间的科研成果