概要
一家大型工業食品制造商想知道如何增加面包副產品（如面包屑）中的水分。 需要精確測量水分含量，以最大程度地提高經濟價值，并確保一方面產品不會太脆和干，而另一方面又不能太濕和發霉。
以下測試結果是使用Brimrose Luminar 5030生成的，對于離線測試，客戶可以接受。 這些測試向潛在客戶提供了有關Brimrose光譜儀的準確性和真實性的關鍵數據，從而為精確的成分測量提供了可靠的數據。
但是，由于此處顯示的成功測試結果大部分來自客戶，因此客戶現在將Brimrose Luminar 4030用于實際的在線應用程序。 Brimrose Luminar 4030連接到可編程邏輯控制單元或PLC。 光譜儀將面包屑從烤箱中出來時所包含的水分百分比傳遞給PLC，然后PLC將烤箱中的溫度調節到下一批的最佳設置。 結果是來自光譜儀的實時NIR數據控制了烤箱的溫度，從而實現了最佳的質量控制并節省了成本。
介紹
堅固 – 可靠 – 準確
?? 極快（16,000個波長/秒=最多30掃描/秒）
?? 不受環境光和振動的影響
?? 固態，無活動部件
?? 實時雙光束參考（無漂移）
近紅外原理可以將近紅外（NIR）區域定義為700至2500 nm的波長區域。 已經發現，不同的化學鍵（如O-H，C-H和N-H）的振動強度和能量會發生變化，并且在光譜中可以看作是在不同波長下的一系列吸收。 在特定波長下識別這些“峰值”提供了測量樣品中特定分子數量的機會。
但是，如果不使用數據處理和化學計量軟件，則很難解釋NIR光譜。 分析通常分為四個階段：
1.? 數據收集-使用選定的光譜儀和方法（即透射率，反射率，透反射率）進行樣品光譜和測量
2.? 數據處理–包括信號處理以準備用于化學計量學的樣品
3.? 校準–化學計量學，它使用多種方法來建立用于分析的“模型”
4.? 預測–使用化學計量學模型準確預測未知樣品
Brimrose AOTF-NIR 有多種NIR技術，包括傅立葉變換（FT），單色儀，多色儀（二極管陣列）和濾波器。 FT使用移動鏡，因此對振動敏感。使用衍射光柵的單色儀需要小心處理和頻繁校準。 二極管陣列比其他技術具有更低的分辨率和信噪比。 濾光片的波長范圍非常有限，只能用于水分等單組分測量。
但是，Brimrose聲光可調濾波器（AOTF）技術非常適合實驗室，在線尤其是在線的大多數應用。 以下是相對于其他NIR技術的優勢：
?? 固態–無活動部件，因此不受環境振動的影響
?? 更快–能夠每秒掃描多達16,000個波長，因此在整個波長范圍（1100-2300 nm）中每秒可以進行多達30次掃描
?? 靈敏–更高分辨率，具有出色的信噪比
?? 不受環境光的影響–無需阻擋樣品的環境光
?? 實時雙光束參考-無漂移，出色的波長重復性，無需重新校準設備
Brimrose AOTF-NIR光譜儀結合使用二氧化碲（TeO2）晶體和RF發生器。 白光源（鎢）提供給晶體。 RF產生聲波，該聲波傳播通過晶體并允許晶體衍射一個波長的光。 輕松快速地更改RF頻率可以使不同的波長快速通過。 然后將各個波長分成2束光束。 “參考”通道包含5％的光，并轉移到聚苯乙烯參考檢測器。 其余的光是“樣品”通道，傳遞到樣品并返回InGaAs檢測器。 樣品反射的（或透射的）光被參考除以創建一個真正的光譜用于分析，不需要操作員的干預。
與其他光譜儀不同，由Brimrose設計和制造的AOTF-NIR光譜儀堅固耐用，靈活且易于操作。
食品/農業應用? ? ?
典型的食品和農業應用包括水分，蛋白質，脂肪和灰分的測量。 使用NIR不僅可以提高制成品的一致性和質量。 它也可以用于：
?? 幫助確定何時收獲
?? 確定育種用種子
?? 注明假冒產品
?? 改善土壤管理和施肥實踐
化工行業使用NIR改進其在線和在線分析，包括：
?? 反應監控-聚合
?? 過程監控以了解材料成分
?? 識別添加劑和雜質
?? 識別對應于溫度的濁點
方法
這家食品加工公司從其制造的三種不同類型的面包屑中平均提取了60個樣品。 從中，它選擇了八個要測試的驗證樣本。
所使用的光譜儀是具有漫反射探頭的Brimrose AOTF-NIR Luminar 5030光譜儀。
Luminar 5030 Brimrose Luminar 5030 AOTF-NIR光譜儀在設計和制造時都考慮了靈活性。 5030具有鋁制外殼，可以按以下方式使用：
?? 手持
?? 實驗室-使用實驗室支架
?? 安裝在攪拌機上–使用安裝板； 當不需要不銹鋼時
光譜范圍在1100nm和2300nm之間。 平均收集一百次掃描。 從校準樣品中收集了十個光譜，從驗證樣品中獲得了五個光譜。 驗證標準用于測試校準。
結果
下面的圖顯示了從三種類型的面包屑收集的光譜數據。 注意一個模型中所有三種類型的數據的一致性。光譜數據清楚地表明了兩個水峰。
在下面的圖中，我們使用合并后的數據通過回歸分析比較了校準數據和驗證數據。校準數據為紅色，而驗證數據為藍色。
下面的圖繪制了與校準光譜相比的驗證光譜。 注意相同的曲線和一致性。 兩個清晰的水峰再次明顯。
預測
下表顯示了經過驗證的測量的準確性。 平均絕對誤差為0.22％，或在可接受范圍內。
結論與建議
這項研究清楚地證明了Brimrose AOTF-NIR Luminar 5030光譜儀可用于成功定量分析，以控制面包副產品的水分。 校準和驗證結果之間有很高的相關性。 絕對平均誤差非常低，完全在公司可以接受的范圍內。
該光譜儀對于在線部署具有4-20 mA的I / O功能，以一致，可重復和長期的方式控制烤箱，非常有效，從而消除了操作員的干擾。
從這些結果可以明顯看出，Brimrose Luminar 5030光譜儀（以及用于在線應用的Brimrose Luminar 4030光譜儀）是一種用于測量面包或其他相關食品中水分（或其他關鍵成分）的高效工具。
聲光可調濾光器（AOTF）的原理
聲光可調諧濾光器（Acousto-optic tunable filter，簡稱AOTF）是一種電光調制器件。其工作原理主要是利用了聲波在各向異性介質中傳播時對入射到傳播介質中的光的布拉格衍射作用。
聲光可調諧濾光器組成是由單軸雙折射晶體（通常采用的材料為TeO2），粘合在單軸晶體一側的壓電換能器，以及作用于壓電換能器的高頻信號源組成。當輸入一定頻率的射頻信號時，AOTF會對入射多色光進行衍射，從中選出波長為λ的單色光。單色光的波長λ與射頻頻率f 有一一對應的關系，只要通過電信號的調諧即可快速、隨機改變輸出光的波長。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?AOTF的分光原理圖
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?BRIMROSE 公司的AOTF 分光系統
美國BRIMROSE AOTF 近紅外光譜分析技術特點
美國Brimrose 的AOTF 近紅外光譜分析技術的獨特之處在于非常適合在線質量控制和現場品質檢測。AOTF 近紅外光譜分析技術具有掃描速度快而且不受外界環境如溫度、濕度、灰塵等影響的獨特優勢。這是其他任何分光系統不可比擬的。
基于AOTF 近紅外技術的光譜儀與傳統機械調諧分光元件的光譜儀相比，無論是在定性、定量，還是對生產過程的質量控制顯示了其明顯的優勢。
