RU2688954C2 - Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range - Google Patents
Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688954C2 RU2688954C2 RU2015120621A RU2015120621A RU2688954C2 RU 2688954 C2 RU2688954 C2 RU 2688954C2 RU 2015120621 A RU2015120621 A RU 2015120621A RU 2015120621 A RU2015120621 A RU 2015120621A RU 2688954 C2 RU2688954 C2 RU 2688954C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- milk
- infrared range
- middle infrared
- attenuation
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 title abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 53
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 claims abstract description 31
- 239000008267 milk Substances 0.000 claims abstract description 31
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 claims abstract description 31
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 17
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 235000020603 homogenised milk Nutrition 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 4
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 3
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000004464 cereal grain Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 235000020185 raw untreated milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
Abstract
Description
[0001] Настоящее изобретение относится к системе и способу количественного определения компонентов текучего неоднородного вещества с помощью спектрального анализа в среднем инфракрасном диапазоне (определяемом здесь как использующий длины волн из спектральной области от 2,5 мкм до 10 мкм), в частности к определению композиционных параметров жидкости, в которой взвешены частицы, в особенности молока, содержащего жир.[0001] The present invention relates to a system and method for the quantitative determination of components of a flowing heterogeneous substance using spectral analysis in the mid-infrared range (defined here as using wavelengths from the spectral range from 2.5 μm to 10 μm), in particular to the definition of composite parameters liquids in which particles are suspended, especially fat-containing milk.
[0002] Известно определение компонентов образца, например, одного или нескольких из следующего: жир, лактоза, глюкоза, белок, мочевина и/или нежелательные примеси в жиросодержащих жидких образцах, в частности в образцах крови, молока или молочных продуктов, или, например, одного или нескольких из следующего: белок, влага и/или крахмал в зернах хлебных злаков, при помощи методик затухания в среднем инфракрасном диапазоне. Согласно таким методикам образец исследуют путем пропускания через образец излучения в среднем инфракрасном спектральном диапазоне. Затем измеряют затухание излучения, по которому проводят исследование, в среднем инфракрасном диапазоне, вызываемое образцом.[0002] The definition of sample components is known, for example, one or more of the following: fat, lactose, glucose, protein, urea, and / or undesirable impurities in fat-containing liquid samples, particularly in blood, milk or dairy products, or, for example, one or more of the following: protein, moisture, and / or starch in cereal grains, using attenuation techniques in the mid-infrared range. According to such methods, the sample is examined by passing radiation through the sample in the mid-infrared spectral range. Then measure the attenuation of the radiation, which conduct the study, in the middle infrared range caused by the sample.
[0003] Системы или инструменты для измерения содержат средства измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне для измерения затухания в инфракрасной области образца в некотором количестве диапазонов волн, чаще всего по непрерывному спектральному диапазону, и средства вычисления, которые приспособлены вычислять концентрации интересующих компонентов в образце, исходя из измеренных в среднем инфракрасном диапазоне значений затухания образца. Вычисления выполняют с использованием эталонной или прогнозирующей модели, которая устанавливает зависимость между интересующим компонентом и измеренными значениями затухания в среднем инфракрасном диапазоне.[0003] Measurement systems or instruments contain means of measuring attenuation in the middle infrared range for measuring attenuation in the infrared region of a sample in a certain number of wavelength ranges, most often over a continuous spectral range, and calculation tools that are adapted to calculate the concentrations of the components of interest in the sample, based on measured from the average infrared range of sample attenuation values. Calculations are performed using a reference or predictive model, which establishes the relationship between the component of interest and the measured attenuation values in the mid-infrared range.
[0004] Одна проблема, связанная с таким измерением в среднем инфракрасном диапазоне, например, образцов молока, заключается в том, что вычисленные результаты (часто называемые косвенными или прогнозируемыми результатами, поскольку непосредственными результатами анализа являются результаты, полученные с применением стандартных химических способов сравнения) варьируются при варьирующемся распределении частиц по размерам, здесь жировых шариков, в образцах.[0004] One problem associated with such a measurement in the mid-infrared range, for example, milk samples, is that the calculated results (often referred to as indirect or predictable results, because the direct results of the analysis are results obtained using standard chemical methods of comparison) vary with varying particle size distribution, here are fat globules, in samples.
[0005] Это может быть продемонстрировано теоретически, как будет описываться далее. Допустим, что кювета диаметром 8 мм заполняют сырым молоком, содержащим 4% жира. Типичная толщина светопоглощающего слоя в образце составляет 0,05 мм для излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Полезный (т.е. облученный) объем кюветы можно предположить равным 2,5 мм3. Содержание жира составляет 4% по весу, а густота молока, как правило, составляет 0,93 г/мл, что при объеме жира, присутствующего в кювете, дает около 0,12 мм3.[0005] This can be demonstrated theoretically, as will be described later. Assume that a 8 mm diameter cuvette is filled with raw milk containing 4% fat. The typical thickness of the light absorbing layer in the sample is 0.05 mm for radiation in the mid-infrared range. The useful (i.e. irradiated) volume of the cuvette can be assumed to be 2.5 mm 3 . The fat content is 4% by weight, and the thickness of the milk, as a rule, is 0.93 g / ml, which, with the amount of fat present in the cuvette, gives about 0.12 mm 3 .
[0006] Жировые шарики в неоднородном (негомогенизированном) виде составляют порядка 4 мкм - 10 мкм в диаметре. Если предположить, что их распределение по размерам следует распределению Пуассона, то теоретическое определение воспроизводимости жира в кювете можно вычислить, как показано в Таблице 1, где последняя строка представляет воспроизводимость жира в кювете, заполненной не гомогенизированным молоком, вычисленную для различных размеров жировых шариков.[0006] The fat globules in a non-uniform (non-homogenized) form are about 4 microns - 10 microns in diameter. If we assume that their size distribution follows the Poisson distribution, then the theoretical determination of the reproducibility of fat in a cuvette can be calculated as shown in Table 1, where the last line represents the reproducibility of fat in a cuvette filled with non-homogenized milk calculated for different sizes of fat globules.
[0007] Как и следовало ожидать, воспроизводимость ухудшается с увеличением диаметра жирового шарика. Однако эти результаты гораздо лучше, чем тем, которые характерны для негомогенизированного молока, находящегося в неподвижном состоянии в кювете, где, как правило, получают абсолютные воспроизводимости до 0,1.[0007] As expected, reproducibility deteriorates with increasing diameter of the fat globule. However, these results are much better than those that are characteristic of non-homogenized milk, which is stationary in a cuvette, where, as a rule, absolute reproducibility is obtained up to 0.1.
[0008] Для того чтобы свести к минимуму эту проблему известные инструменты или системы, применяемые для измерений, приспособлены измерять в своих измерительных отделениях гомогенизированные образцы и содержат встроенные гомогенизаторы, которые должны обеспечивать то, чтобы различные образцы, подвергаемые измерению, подвергались одинаковой гомогенизации, так чтобы у них было одинаковое распределение частиц по размерам. Экспериментальным путем легко продемонстрировать, что воспроизводимости, наблюдаемые для гомогенизированного молока, находящегося в неподвижном состоянии в кювете, очень близки к теоретическим значениям, представленным выше. В молоке, например, гомогенизаторы должны действовать так, чтобы обеспечивать размеры частиц от 0,2 мкм до 2 мкм. Однако гомогенизаторы систем инструментов подвержены механическому изнашиванию, что означает, что их гомогенизирующая эффективность со временем ухудшается, приводя тем самым к варьированию в распределении по размерам жировых шариков, и таким образом снижая точность измерений.[0008] In order to minimize this problem, the known instruments or systems used for measurements are adapted to measure homogenized samples in their measuring compartments and contain embedded homogenizers that must ensure that the different samples subjected to the measurement are subjected to the same homogenization, so so that they have the same particle size distribution. It is easy to demonstrate experimentally that the reproducibility observed for homogenized milk, which is stationary in a cuvette, is very close to the theoretical values presented above. In milk, for example, homogenizers should act in such a way as to provide particle sizes from 0.2 μm to 2 μm. However, the homogenizers of the instrument systems are subject to mechanical wear, which means that their homogenizing efficiency deteriorates over time, thereby leading to a variation in the size distribution of the fat globules, and thus reducing the accuracy of the measurements.
[0009] Одно решение, позволяющее избежать потребности в гомогенизаторах, предоставлено в документе WO 92/17767. Здесь раскрывается, что измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне должны быть выполнены на неоднородных (негомогенизированных) образцах молока, находящихся в неподвижном состоянии в кювете, в среднем инфракрасном диапазоне спектральной области от 1160 см-1 (8,62 мкм) и до 1350 см-1 (7,41 мкм). Это представляет область, в которой С-О-связь поглощает энергию, и на которую, как было установлено, не влияет рассеяние от частиц жира.[0009] One solution to avoid the need for homogenizers is provided in document WO 92/17767. There is disclosed that the attenuation measurements in the mid-infrared range to be performed on heterogeneous (homogenized) milk samples that are in a stationary condition in a cell, a mid-infrared spectral region from 1160 cm -1 (8.62 micrometers), and up to 1350 cm - 1 (7.41 microns). This represents an area in which the C – O bond absorbs energy, and which has been found to be unaffected by the dispersion of fat particles.
[0010] В документе WO 2008/146276 описана система, которая приспособлена выполнять измерения затухания в текучем неоднородном молоке в ближней инфракрасной области спектра и собирать данные измерений как от света, отраженного текучим молоком, так и от света, проходящего сквозь него. Однако другие компоненты, например вода, оказывают очень сильное влияние на затухание в этой ближней инфракрасной области.[0010] Document WO 2008/146276 describes a system that is adapted to perform attenuation measurements in fluid non-uniform milk in the near infrared region of the spectrum and to collect measurement data from both the light reflected by the flowing milk and the light passing through it. However, other components, such as water, have a very strong effect on attenuation in this near infrared region.
[0011] Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ определения компонентов текучего неоднородного образца, включающий получение образца вещества; протекание образца через область измерения, что может быть обеспечено потоком через кювету; одновременное взаимодействие текучего образца в области измерения с излучением в среднем инфракрасном диапазоне; последующее измерение значений затухания в среднем инфракрасном диапазоне при одном или нескольких диапазонах волн, как правило, по спектрофотометрическому анализу взаимодействующего излучения, по меньшей мере, в области с длиной волны, в которой интересующий компонент влияет на затухание в среднем инфракрасном диапазоне, и вычисление в средстве вычисления показателя интересующего компонента в образце по измеренным в среднем инфракрасном диапазоне значениям затухания.[0011] According to one aspect of the present invention, a method is provided for determining the components of a fluid non-uniform sample, comprising: obtaining a sample of a substance; the flow of the sample through the measurement area, which can be ensured by the flow through the cuvette; simultaneous interaction of the flowable sample in the measurement area with radiation in the mid-infrared range; Subsequent measurement of the attenuation values in the middle infrared range at one or several wavelengths, as a rule, by spectrophotometric analysis of interacting radiation, at least in the region with the wavelength, in which the component of interest affects the attenuation in the middle infrared range, and the calculation in the tool calculation of the indicator of the component of interest in the sample from the measured attenuation values in the mid-infrared range.
[0012] Путем выполнения измерений на текучем образце может быть удобно выполнено эффективное усреднение измерения, и тем самым может быть достигнута повышенная точность. Измерения повторяют много раз, пока образец протекает через область измерения со скоростью потока, выбранной так, чтобы, по меньшей мере, часть образца в области измерения заменялась новым образцом во время выполнения ряда измерений, предпочтительно на каждом измерении. Наиболее предпочтительно скорость потока выбирают так, чтобы весь образец в области измерения заменялась на каждом измерении.[0012] By performing measurements on a flowable sample, effective averaging of the measurement can be conveniently performed, and thereby increased accuracy can be achieved. The measurements are repeated many times while the sample flows through the measurement area at a flow rate selected so that at least part of the sample in the measurement area is replaced with a new sample during a series of measurements, preferably on each measurement. Most preferably, the flow rate is chosen so that the entire sample in the measurement area is replaced at each measurement.
[0013] Среди специалистов в области техники считается общепринятым, что в отличие от измерений в ближней инфракрасной области измерений в среднем инфракрасном диапазоне на текучем образце следует избегать, поскольку ожидается низкая точность и воспроизводимость, как будет объяснено ниже.[0013] It is generally accepted among those skilled in the art that, in contrast to measurements in the near infrared region, measurements in the middle infrared range on a flowable sample should be avoided since low accuracy and reproducibility are expected, as will be explained below.
[0014] Частица во взвеси или мицелла в эмульсии, как правило, содержит иные химические связи, чем окружающая жидкость, и каждый вибрационный резонанс этих связей вызывает определенное затухание, которое, например, может быть показательным в качестве определенной частоты в интерферограмме, записанной средством измерения затухания интерферометрического типа. Если во время измерения частица или мицелла находится в фиксированном положении в кювете, соответствующая частота и амплитуда будет постоянной по всей необработанной интерферограмме.[0014] A particle in suspension or micelle in an emulsion usually contains different chemical bonds than the surrounding liquid, and each vibrational resonance of these bonds causes a certain attenuation, which, for example, can be indicative of the specific frequency in the interferogram recorded by the measuring instrument interferometric damping. If during the measurement the particle or micelle is in a fixed position in the cell, the corresponding frequency and amplitude will be constant throughout the whole untreated interferogram.
[0015] Как правило, интерферограмму умножают на колоколообразную функцию аподизации, чтобы сгладить неоднородности вначале и в конце сканирования. Таким образом, если частица или мицелла движется через кювету во время сканирования, полученная в результате интерферограмма будет нарушена. Если частица проходит вначале или в конце сканирования, соответствующая амплитуда в интерферограмме будет сокращена ввиду аподизации. Следовательно, после преобразования Фурье аподизированной интерферограммы частица, которая проходит вначале или в конце сканирования, будет иметь меньший пик поглощения, чем частица, которая проходит в середине сканирования.[0015] Typically, the interferogram is multiplied by the bell-shaped function of apodization to smooth out the discontinuities at the beginning and at the end of the scan. Thus, if a particle or micelle moves through the cuvette during scanning, the resulting interferogram will be broken. If the particle passes at the beginning or at the end of the scan, the corresponding amplitude in the interferogram will be reduced due to apodization. Therefore, after the Fourier transform of the apodized interferogram, a particle that passes at the beginning or end of a scan will have a smaller absorption peak than a particle that passes in the middle of the scan.
[0016] Если во время измерения частица или мицелла движется по кювете очень быстро, записывается лишь ограниченное количество колебаний, и частота затухания (волновое число) в среднем инфракрасном диапазоне плохо определяется. Это ведет к значительному размыванию пика поглощения после преобразования Фурье, которое также ограничивает точность измерения.[0016] If during measurement a particle or micelle moves along the cuvette very quickly, only a limited number of oscillations are recorded, and the attenuation frequency (wave number) in the middle infrared range is poorly determined. This leads to a significant erosion of the absorption peak after the Fourier transform, which also limits the measurement accuracy.
[0017] Естественно, при большом количестве малых частиц или мицелл в текучей жидкости записываемые интерферограммы будут представлять среднее значение и будут относительно не нарушены течением. Однако при среднем количестве частиц, которые являются более крупными по сравнению с объемом облученной кюветы, например жировых шариков в негомогенизированном молоке, описанные выше эффекты скорости потока будут влиять на записываемую интерферограмму и устанавливать ограничение повторяемости измерений.[0017] Naturally, with a large number of small particles or micelles in a fluid, the recorded interferograms will represent an average value and will not be relatively disturbed by the flow. However, with an average number of particles that are larger than the volume of the irradiated cuvette, for example, fat globules in non-homogenized milk, the effects of the flow velocity described above will affect the recorded interferogram and set a limit on the repeatability of measurements.
[0018] Описанный здесь эффект сильнее в средней инфракрасной части спектра при спектроскопии с использованием преобразования Фурье, чем в ближней инфракрасной части спектра (как правило, к ней относят длины волн от 0,8 мкм до 2,5 мкм). Во-первых, поскольку поглощение гораздо сильнее в среднем инфракрасном диапазоне, чем в ближнем инфракрасном диапазоне, в среднем инфракрасном диапазоне измеряют значительно меньший объем образца, что делает статистические изменения в количестве частиц или мицелл относительно большими. Во-вторых, поскольку измерения текучих образцов в ближней инфракрасной области обычно выполняют со спектрометрами DDA (диодно-матричный детектор), со временем DDA будет одинаково усреднять все спектральные компоненты (длины волн), устраняя проблему скорости потока, описанную выше в отношении среднего инфракрасного диапазона.[0018] The effect described here is stronger in the mid-infrared part of the spectrum during spectroscopy using the Fourier transform than in the near-infrared part of the spectrum (as a rule, it includes wavelengths from 0.8 μm to 2.5 μm). First, since absorption is much stronger in the mid-infrared range than in the near-infrared range, a much smaller sample volume is measured in the middle infrared range, which makes statistical changes in the number of particles or micelles relatively large. Secondly, since measurements of fluid samples in the near infrared region are usually performed with DDA spectrometers, the DDA will average all spectral components (wavelengths) equally over time, eliminating the flow rate problem described above with respect to the mid-infrared range .
[0019] В одном варианте осуществления применительно к измерению жиросодержащего жидкого образца, такого как молоко или кровь, способ может дополнительно включать этап нагревания образца перед исследованием излучением в среднем инфракрасном диапазоне. Это снижает тенденцию взвешенных частиц жира агломерировать.[0019] In one embodiment, with respect to measuring a fat-containing liquid sample, such as milk or blood, the method may further include the step of heating the sample before examining radiation in the mid-infrared range. This reduces the tendency of suspended fat particles to agglomerate.
[0020] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставлена система измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне для количественного определения показателя интересующего компонента в неоднородном текучем образце, причем система содержит проточную трубку для введения в образец неоднородного текучего вещества; средство переноса, соединенное с проточной трубкой для того, чтобы вызывать протекание в нее образца; средство измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне, приспособленное подавать излучение в среднем инфракрасном диапазоне в образец, когда он протекает, и генерировать сигнал, характерный для изменения интенсивности в среднем инфракрасном диапазоне подаваемого излучения в среднем инфракрасном диапазоне после его прохождения через текучий образец, и средство вычисления, подсоединенное для того, чтобы получать сигнал, генерируемый средством измерения, и чтобы вычислять показатель одного или нескольких интересующих компонентов в зависимости от полученного сигнала и от прогнозирующей модели, например обеспечиваемой эталоном или искусственной нейронной сетью, которая устанавливает математическую зависимость между значениями затухания в среднем инфракрасном диапазоне текучего неоднородного вещества и интересующим компонентом.[0020] According to a second aspect of the present invention, a mid-infrared attenuation measurement system is provided for quantifying an indicator of a component of interest in a non-uniform flowable sample, the system comprising a flow tube for introducing a non-uniform flowable into the sample; a transfer means connected to the flow tube in order to cause the sample to flow into it; means of measuring attenuation in the middle infrared range, adapted to supply radiation in the middle infrared range to the sample when it flows, and to generate a signal characteristic of a change in intensity in the middle infrared range of the supplied radiation in the middle infrared range after its passage through the flowable sample, and a means of calculating connected to receive the signal generated by the measuring instrument and to calculate the measure of one or more components of interest s depending on the received signal and on the forecasting model, for example provided by a standard or an artificial neural network which establishes a mathematical relationship between the values of the attenuation in the middle infrared range inhomogeneous flowable material and component of interest.
[0021] Далее будет описан иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на графические материалы где:[0021] An illustrative embodiment of the present invention will now be described with reference to graphic materials where:
[0022] фиг. 1 иллюстрирует структурную схему иллюстративной системы, способной осуществлять способ согласно настоящему изобретению.[0022] FIG. 1 illustrates a block diagram of an illustrative system capable of implementing the method of the present invention.
[0023] Система 2 измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне для количественного определения показателя интересующего компонента в неоднородном жидком образце показана на фиг. 1. Система 2 содержит проточную трубку 4, содержащую первый конец 6 для введения в неоднородный жидкий образец в держателе 8 образца и содержащую второй конец 10 для вывода образца из системы 2, подсоединяемый здесь к стоку. Система 2 также содержит средство 10 переноса, в данном примере в форме насоса, которое соединено с проточной трубкой 8 и способно вызывать поток через трубку 4. Средство 14 измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне выполнено как часть системы 2 для измерения затухания излучения в среднем инфракрасном диапазоне, которая взаимодействует с образцом, когда он протекает через область измерения, границы которой здесь определены потоком через кювету 16, которая находится в жидкостном соединении с образцом, протекающим через трубку 4.[0023] A mid-infrared
[0024] Пригодным средством 14 измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне является интерферометр известного типа, например интерферометр Майкельсона. Это интерферометрическое средство 14 измерения расположено совместно по отношению к области измерения 16, определенной здесь потоком через кювету, так чтобы иметь возможность выявлять излучение в среднем инфракрасном диапазоне после прохождения через образец. При использовании интерферограмма, выполненная интерферометром, обрабатывается с использованием преобразования Фурье для того, чтобы генерировать зависимое от длины волны изменение интенсивности, представляющее затухание образцом излучения в среднем инфракрасном диапазоне.[0024] A suitable means for measuring attenuation in the mid-infrared range is an interferometer of a known type, for example, a Michelson interferometer. This interferometric measurement means 14 is co-located with respect to the measurement region 16 defined here by the flux through the cuvette, so as to be able to detect radiation in the mid-infrared range after passing through the sample. When using an interferogram made by an interferometer, it is processed using a Fourier transform in order to generate a wavelength-dependent change in intensity, which represents the attenuation by the sample of radiation in the mid-infrared range.
[0025] В целом, областью измерения 16 может быть любая область, в которой при использовании предусмотрено, что текучий образец исследуют излучением в среднем инфракрасном диапазоне. Таким образом, по меньшей мере, часть измеряемого образца заменяется во время любого периода измерения. Затем это обеспечивает эффективное усредненное измерение, которое повышает точность и повторяемость результатов измерения.[0025] In general, measurement area 16 may be any area in which, when used, it is envisaged that the flowable sample is examined by radiation in the middle infrared range. Thus, at least part of the sample to be measured is replaced during any measurement period. This then provides an effective average measurement that improves the accuracy and repeatability of the measurement results.
[0026] Средство 18 вычисления, например, содержащее встроенный микропроцессор или автономный персональный компьютер, или распределенную систему, содержащую по меньшей мере один компонент в месте, удаленном от системы 2, и функционально подключенное телекоммуникационной сетью, подсоединено для получения сигнала, характерного для измеренного в среднем инфракрасном диапазоне затухания, такой как интерферограмма или интерферограмма, подвергнутая преобразованию Фурье, и выполнено так, чтобы вычислять известным образом показатель, такой как определенная концентрация, интересующего компонента в образце с применением эталонной или другой прогнозирующей модели (например, искусственных нейронных сетей), которая устанавливает математическую зависимость между значениями затухания в среднем инфракрасном диапазоне и интересующим компонентом.[0026] The calculating means 18, for example, containing an embedded microprocessor or a stand-alone personal computer, or a distributed system containing at least one component in a location remote from
[0027] Нагревательный блок 20 может быть включен в определенные варианты осуществления для отдельных измерительных приложений для нагревания образца перед тем, как он будет протекать через измерительную кювету 16. Нагревательный блок может, например, содержать электрическую резистивную спираль вокруг трубки 4.[0027] The
[0028] В отдельной системе 2 для измерения образцов неоднородного (негомогенизированного) молока или молочного продукта наиболее полезно введен нагреватель для нагрева образца молока до примерно 41°С. Это снижает тенденцию частиц жира в молоке агломерировать. Нагревание может также выгодно применяться при измерении других жиросодержащих жидкостей, таких как кровь.[0028] In a
[0029] Результаты определений типичных интересующих компонентов, представленных здесь в виде процентного содержания жира, белка, лактозы, суммарного количества твердых веществ (TS) и количества твердых веществ, не содержащих жир (SNF), в образцах молока приведены в Таблице 2 вместе с абсолютными и относительными показателями точности А(абс) и А(отн), а также абсолютной и относительной повторяемостью R(абс) и R(отн) этих определений.[0029] The results of the determination of typical components of interest, presented here as the percentage of fat, protein, lactose, the total amount of solids (TS) and the amount of solids that do not contain fat (SNF) in milk samples are shown in Table 2, along with the absolute and relative accuracy measures A (abs) and A (rel), as well as the absolute and relative repeatability R (abs) and R (rel) of these definitions.
[0030] Эти определения были выполнены согласно способу настоящего изобретения с применением системы, описанной согласно фиг. 1.[0030] These definitions were made according to the method of the present invention using the system described according to FIG. one.
[0031] Использовали пятнадцать образцов молока, и были выполнены измерения в трех повторностях для каждого образца, причем каждая повторность представляла собой среднее значение сорока сканирований в области одной и той же длины волны. Чтобы иметь возможность составить эталонную модель, некоторые образцы содержали белок, жир и/или лактозу, намеренно добавленные в известных количествах. Столбец «Низкое содержание» представляет наименьшее количество соответствующего компонента в образце, «Высокое содержание» - наибольшее количество, и «Среднее содержание» - среднее значение для всех образцов. Затем, в качестве примера, была известным образом составлена только эталонная модель частичных наименьших квадратов (PLS), использующая максимум шесть факторов, для применения в последующих прогнозах.[0031] Fifteen milk samples were used, and measurements were performed in triplicate for each sample, each repetition representing the average of forty scans in the same wavelength region. To be able to create a reference model, some samples contained protein, fat, and / or lactose, which were intentionally added in known quantities. The column "Low content" represents the smallest amount of the corresponding component in the sample, "High content" - the highest number, and "Average content" - the average value for all samples. Then, as an example, only the partial least squares reference model (PLS) was compiled in a known manner, using a maximum of six factors, for use in subsequent predictions.
[0032] Каждый образец был исследован путем излучения в среднем инфракрасном диапазоне, и полученные в результате интерферограммы передач обработаны преобразованием Фурье до так называемого «однолучевого» спектра (т.е. спектра с зависимой от интенсивности длиной волны (или частотой) без поправок на внешние артефакты, такие как те, которые вызываются источником: кюветой или детектором). Коэффициент пропускания был вычислен относительно воды, чтобы удалить те артефакты, которые не связаны с взаимодействием с образцом.[0032] Each sample was examined by radiation in the mid-infrared range, and the resulting transmission interferograms were processed by a Fourier transform to the so-called “single-beam” spectrum (i.e., a spectrum with an intensity-dependent wavelength (or frequency) without corrections to external artifacts, such as those caused by a source: a cuvette or a detector). The transmittance was calculated relative to water to remove those artifacts that are not associated with interaction with the sample.
[0033] Образцы нагревали до 41°С и проведены через кювету 16 со скоростью потока 1 мл в минуту.[0033] Samples were heated to 41 ° C and passed through cuvette 16 at a flow rate of 1 ml per minute.
[0034] Как можно видеть, абсолютная точность А(абс) для всех компонентов составляет приблизительно 0,04, а абсолютная повторяемость R(a6c) составляет примерно 0,01. Это удивительно, учитывая, что теоретически, как обсуждалось выше, ожидается, что измерения в среднем инфракрасном диапазоне на текучем образце будут даже хуже, чем те, что выполнены на образце, находящемся в состоянии покоя в кювете.[0034] As can be seen, the absolute accuracy of A (abs) for all components is approximately 0.04, and the absolute repeatability R (a6c) is approximately 0.01. This is surprising, given that theoretically, as discussed above, it is expected that measurements in the middle infrared range on a fluid sample will be even worse than those performed on a sample that is at rest in a cell.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120621A RU2688954C2 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120621A RU2688954C2 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013127642/28A Division RU2564382C2 (en) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | Spectral analysis of fluid non-uniform substance in middle infrared range |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015120621A RU2015120621A (en) | 2016-12-20 |
| RU2015120621A3 RU2015120621A3 (en) | 2018-11-15 |
| RU2688954C2 true RU2688954C2 (en) | 2019-05-23 |
Family
ID=57759099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015120621A RU2688954C2 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688954C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790807C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Method and flow device for determining percentage concentrations of milk components in a flow |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1280542A1 (en) * | 1985-05-17 | 1986-12-30 | Алтайский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности | Device for quantitative determination of milk components composition |
| US6297505B1 (en) * | 1996-11-01 | 2001-10-02 | Foss Electric A/S | Method and flow system for spectrometry and a cuvette for the flow system |
| US20040135088A1 (en) * | 2001-03-16 | 2004-07-15 | Lars-Ove Sjaunja | Mid infra red analysis |
| DE10352924A1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-07-14 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | Apparatus and method for the qualitative and / or quantitative analysis of ingredients in liquids, especially in beverage and process fluids |
-
2015
- 2015-06-01 RU RU2015120621A patent/RU2688954C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1280542A1 (en) * | 1985-05-17 | 1986-12-30 | Алтайский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности | Device for quantitative determination of milk components composition |
| US6297505B1 (en) * | 1996-11-01 | 2001-10-02 | Foss Electric A/S | Method and flow system for spectrometry and a cuvette for the flow system |
| US20040135088A1 (en) * | 2001-03-16 | 2004-07-15 | Lars-Ove Sjaunja | Mid infra red analysis |
| DE10352924A1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-07-14 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | Apparatus and method for the qualitative and / or quantitative analysis of ingredients in liquids, especially in beverage and process fluids |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805771C1 (en) * | 2019-08-29 | 2023-10-24 | ФОСС Аналитикал А/С | Standardization of output signal of electrical properties sensor |
| RU2790807C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Method and flow device for determining percentage concentrations of milk components in a flow |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015120621A3 (en) | 2018-11-15 |
| RU2015120621A (en) | 2016-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2564382C2 (en) | Spectral analysis of fluid non-uniform substance in middle infrared range | |
| Stocker et al. | Broadband optical properties of milk | |
| CN106535760B (en) | Non-invasive substance analysis | |
| Lu et al. | Quantitative measurements of binary amino acids mixtures in yellow foxtail millet by terahertz time domain spectroscopy | |
| US20120310541A1 (en) | Online determination of inter alia fat, protein, lactose, somatic cell count and urea in milk by dielectric spectroscopy between 0.3 mhz and 1.4 ghz using chemometric evaluation | |
| JP6288717B2 (en) | Component concentration analysis method | |
| Di Marzo et al. | Prediction of fat globule particle size in homogenized milk using Fourier transform mid-infrared spectra | |
| Parasoglou et al. | Quantitative water content measurements in food wafers using terahertz radiation | |
| Tao et al. | Applications of spectroscopic techniques for fat and fatty acids analysis of dairy foods | |
| Kalinin et al. | Determining the composition of proteins in milk using a portable near infrared spectrometer | |
| He et al. | Model robustness improvement by absorption and reduced scattering spectra in short wave near infrared spectral region | |
| Khosroshahi et al. | Non-destructive assessment of milk quality using pulsed UV photoacoustic, fluorescence and near FTIR spectroscopy | |
| EP3729050B1 (en) | Method and apparatus for in-process particle size determination of nanosuspensions under flow | |
| RU2688954C2 (en) | Spectral analysis of a fluid inhomogeneous medium in the middle infrared range | |
| Kalinin et al. | Short-wave near infrared spectrometry of back scattering and transmission of light by milk for multi-component analysis | |
| Nowak et al. | A comparison of methods for the determination of sound velocity in biological materials: A case study | |
| JP2015064370A (en) | Mid-infrared spectrum analysis of flowing heterogeneous material | |
| Barba et al. | Determining the composition of ammonia/water mixtures using short-wave near-infrared spectroscopy | |
| Lopes et al. | Fractional-order model of wine | |
| JP5453638B2 (en) | Butter production method and butter component measurement method | |
| JP4263304B2 (en) | Apparatus and method for measuring fat concentration in cream | |
| Naito et al. | Attenuated total reflectance terahertz spectroscopy for quantitative measurement of somatic cell count in bovine milk | |
| Aernouts | Optical Characterization of Milk | |
| Kalinin et al. | Can a hand-held near infrared spectrometer serve as an analyser of dietary fatty acids? | |
| Kamboj et al. | Near Infrared Spectroscopy As A Competent Method For Qualitative a nd Quantitative Determination of Detergent Adulteration In Milk |