无损检测新技术-概论-完整版本.ppt

食品品质无损检测新技术 2020 3 21 2 第一章概述 一 课程介绍二 品质的定义与内涵三 无损检测的特点四 无损检测的方法五 过程检测的5个发展阶段六 无损检测的发展与展望 2020 3 21 3 主要目录 第一章概述第二章利用电特性的检测技术第三章利用力学特性的检测技术第四章利用光学特性的检测技术第五章利用其他特性的检测技术第六章化学计量学基本内容与方法 2020 3 21 4 第一章概述 课程的特点 无损检测新技术 是一门涉及物理 化学 电子 光学 计算机 现代仪器分析和应用数学等多学科的综合技术 因此学习本课程时需要的相关理论比较多 课程的重点 以几种常用的无损检测新技术为例 介绍无损检测的基本原理和方法 课程的目的 立足应用 尽量简单 初步掌握该技术的有关基础知识 为进一步学习打下基础 一 课程介绍 2020 3 21 5 第一章概述 二 品质的定义与内涵 品质的定义 反映某一物体的某些性质的一个模糊概念 品质的分类 反映物体外表特征的外表品质反映物体基本物理性质的品质反映物体内部特征的内部品质 2020 3 21 6 第一章概述二 品质的定义与内涵外表品质 2020 3 21 7 第一章概述二 品质的定义与内涵外表品质 2020 3 21 8 第一章概述二 品质的定义与内涵外表品质 2020 3 21 9 第一章概述二 品质的定义与内涵外表品质 2020 3 21 10 第一章概述三 无损检测的特点 1 无须大量的试剂 溶媒等 可减少经费 无环境污染 2 不需要前处理 试料制作简单 可迅速分析 分析精度高 测试技术简单 不需要特别熟练的技术 适合各种环境中工作 3 能即时检测 适用于在线检测 即在流水线上检测 可对产品全数检查 使品质管理更加合理化 而且为生产过程的自动化创造了条件 4 同一检体可反复使用 适合对检体的跟踪连续测定 例如食品贮藏试验 可消除检体间的个体差异 对同一检体连续多次测定 5 可以在单元操作下获得多个信息 因而能测得有关食品的综合信息 如品质特性等 2020 3 21 11 第一章概述四 无损检测的方法工作原理图 对象物 信号放大器 信号检测及处理 对象物理化学特性 输入能 输出能 信号 图1 1无损检测方法原理图 按使用的能量分类 无损检测法有光学方法 放射线法 电磁法 力学方法及其它方法 2020 3 21 12 第一章概述四 无损检测的方法工作步骤 1 检测系统的参数合理选择 2 收集样本 一般在50 80个左右 一部分用作定标方程的建立 另一部分用作对定标方程的检验 3 对样本进行物理检测 4 按标准对样本进行经典的化学法测量待测指标的含量 5 运用化学计量学建立化学值与物理量间的定标方程 6 将预测样本的数据代入定标方程算出理论化学值 7 误差分析 若误差太大 改变方法 返回到第 5 2020 3 21 13 第一章概述四 无损检测的方法工作关系图 已知含量 未知含量 2020 3 21 14 第一章概述四 无损检测的方法 利用紫外 可见 红外等光线和物体的相互作用而产生的吸收和反射等现象 利用紫外光作激励光源照射食品获得食品上的辐射荧光 根据荧光的强度可以判别食品上附着的微生物的代谢物 检出蛋品中霉菌 利用荧光检测花生类干果上附着的微生物及其代谢物如黄曲霉素 光学方法 2020 3 21 15 第一章概述四 无损检测的方法 等放射线 波长为0 01 10nm 和光一样具有透射 反射和漫射等性质 线主要用于测定物体的密度差 判别内部缺陷和异物检出 如 判定球形瓜果类食品中的空洞 例如西瓜的空洞 生菜的结球度判定 已损伤苹果及柑橘类水果的内部品质测定 罐头装填量测定等 用 线的透过性测定肉糜中脂肪含量 其测定精度与例行的化学分析法比较 其标准偏差在1 以内 而测定时间仅为5 10s 其中软 射线近来在国内非常受到重视 放射线方法 2020 3 21 16 第一章概述四 无损检测的方法 利用音波和振动可测出食品的品质 硬度 粘度等 检查对象物内部的组织状态 利用音波传播速度的音波透射法测定牛乳中脂肪含量及大豆的水分 用超声波在物体中密度有差异处的反射波测定法 检查家禽的肉质 脂肪层厚 里脊肉断面等 利用激振法或打击反响音法测定苹果 西瓜等的成熟度及内部缺陷测定蛋和罐头食品的新鲜度等 力学方法方法 2020 3 21 17 第一章概述四 无损检测的方法 电磁法分为主动特性法和被动特性法两种 主动特性法是利用被测对象自身所具有的某种电磁特性 如生物电等的测量方法 被动特性法是将对象物置于电磁场内 受电磁影响后反过来对外部环境施加影响的特性的测量方法 如 介电常数 核磁共振 NMR 和电子旋转共振 ESR 等方法 例如 利用食品含水率与其本身电阻 介电常数的相关性 如交流电阻式 直流电阻式 高频电阻式 高频电容式等检测方式 电磁方法 2020 3 21 18 第一章概述四 无损检测的方法 由于食品的氧化等反应过程中会产生光电子 新鲜果品发出的光电子与其活性之间具有较大的相关性 所以 用光电子计数器直接统计光电子数 可以测定食品的氧化过程以及果品的新鲜度 其他如气相色谱仪 液体色谱分离法用于测定 分析食品成分已较为普遍了 现在也有人从事利用生物传感器判定果品鲜度和成熟度研究的 化学发光法及其他方法 第一章概述四 无损检测的方法图解 1 第一章概述四 无损检测的方法图解 2 第一章概述四 无损检测的方法图解 3 第一章概述四 无损检测的方法图解 4 2020 3 21 23 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 五 过程检测的5个发展阶段 有人将过程分析化学的发展过程分为5个阶段 1 离线检测 off line 2 现场检测 at line 3 侧线在线检测 on line 4 定位实时在线检测 in line 5 非接触性检测 noninvasive 2020 3 21 24 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 1 离线检测 由人工从确定的采样点取样 送中心实验室 按确定的方法进行检测的过程 原料 中间产品及成品检测中仍占绝大多数 优点 检测分析过程严格执行标准 数据可靠 可以找专家或通过其它方法对照验证 问题 1 报告结果不及时 报告结果时间与取样时间间隔较长 有时严重滞后于生产过程 2 对稳定性差的样品检测分析结果可能不准确 3 在许多情况下 人工采样是不允许或不可能的 因为采样地点危险或采样可能导致流程的改变或产品的破坏 2020 3 21 25 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 2 现场检测 现场检测与离线检测的差别是将分析仪器安装在生产线附近 由人工从生产线上取下样品后立即测定 现场分析仪器与实验室中使用的仪器相比 抗环境干扰的能力必须大大增强 现场检测可以缩短从取样到检测的时间 提高了对生产过程的指导性 现场分析仪器大多为一些专项指标所设计 相对比较简单 操作也比较容易 2020 3 21 26 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 3 侧线在线检测 从反应装置或管线通过侧线将样品引出 再通过自动取样系统将样品引入仪器进行测量的过程 侧线在线检测有两种类型 间歇取样和连续取样 消除了人工取样的过程 这对恶劣 危险环境中无法人工取样的生产过程是非常重要的 与离线和现场检测相比 在线检测进一步提高了分析数据的反馈速度 解决了生产装置闭路控制中的样品分析问题 同时也避免了样品脱离反应器或装置可能导致的样品变异问题 这类在线检测的缺点是需要将样品由取样部位通过侧线引出 并使样品的温度 压力适应分析仪器的需要 2020 3 21 27 2020 3 21 28 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 4 定位实时在线检测 鉴于侧线在线检测的缺陷 过程检测又向定位实时在线检测的方向发展 定位实时在线检测就是将适当的传感器或测样探头直接插入确定的测样部位测量所需要的组成或性质数据 由于不再存在样品的运送或侧线传输问题 定位检测可以真正意义上实时检测 但传感器或测样探头能否抵御测样环境中各种因素的影响 对具体的检测过程是值得考虑的问题 2020 3 21 29 第一章概述五 过程检测的的5个发展阶段 5 非接触性检测 非接触性检测也许是分析化学及过程检测分析发展的最高境界 在非接触性检测中 仪器不需要接触和破坏样品 通过例如光的探测器或微波遥感等方法 即可获得样品的有关信息而实现过程控制 光谱在过程检测中的许多应用大都属于这类检测 如在漫反射和透射检测中光作用于样品 然后将光所携带的样品信息由探测器检测 从检测的光信号中提取样品的组成或性质信息 2020 3 21 30 第一章概述六 无损检测的发展与展望 所谓无损检测 按其字义讲 就是不破坏对象物原来的状态 为了获取与对象物的品质有关的内容 性质和成分等物理化学情报所采用的检查方法 随着电子工业的飞跃发展 以及各种高精度的传感器 探测器和高速度的计算机在农产品加工机械和食品加工工业上愈来愈多的应用 彻底对食品进行品质检测已从需要变成可能 生产的高度自动化 高效率化也要求用全数检测代替以往的用样本抽样检查的品质管理统计方法 无损检测法为上述要求提供了充分的可能性 2020 3 21 31 第一章概述六 无损检测的发展与展望 无损检测技术应用于农产品和食品加工工业是近30年的事 是高新技术的电子计算机技术和应用物理技术以及农业科学和食品科学相结合的新兴的交叉科学 伴随着各种高精度的光 电 磁 声 力学等传感器的研制开发 无损检测技术在技术发达国家已得到愈来愈广泛的应用 我国的食品和农产品加工工业从工艺到管理都相当落后 要改变这种面貌 应该全面考虑技术改造和提高技术管理水平的 逐步将高技术应用到这些行业中去 为此 无损检测技术的研究和应用无疑是高等院校和科研部门 生产厂家必须考虑的问题 2020 3 21 32 第一章概述六 无损检测的发展与展望 加拿大在输出小麦时主要检测小麦的蛋白质含量并进行打分 每年检测为60万个 现在有80 90 采用近红外无损检测法代替传统的凯氏定氮法 每年可节约50万美元检测费用 米的食味的主要因素是蛋白质含量 日本北海道农业试验场需要改良水稻的品种 由于季节性限制 要求半年内检查万个检体 但传统的凯氏定氮法一年只能检查2千个检体 用了效率高90倍的近红外法 成功地解决了困难 脱脂大豆粉生产时 每隔4h从生产线上取样分析蛋白质含量 不能准确地控制制造条件和确定事故发生的时间 为了保证产品质量 在工艺管理上不得不设定比产品严格得多的数值 这是一种不合理的品质管理方法 而用无损检测法可以很快测定多个样品甚至进行全数检查 2020 3 21 33 第一章概述六 无损检测的发展与展望 光学无