概要
一家大型工业食品制造商想知道如何增加面包副产品（如面包屑）中的水分。 需要精确测量水分含量，以最大程度地提高经济价值，并确保一方面产品不会太脆和干，而另一方面又不能太湿和发霉。
以下测试结果是使用Brimrose Luminar 5030生成的，对于离线测试，客户可以接受。 这些测试向潜在客户提供了有关Brimrose光谱仪的准确性和真实性的关键数据，从而为精确的成分测量提供了可靠的数据。
但是，由于此处显示的成功测试结果大部分来自客户，因此客户现在将Brimrose Luminar 4030用于实际的在线应用程序。 Brimrose Luminar 4030连接到可编程逻辑控制单元或PLC。 光谱仪将面包屑从烤箱中出来时所包含的水分百分比传递给PLC，然后PLC将烤箱中的温度调节到下一批的最佳设置。 结果是来自光谱仪的实时NIR数据控制了烤箱的温度，从而实现了最佳的质量控制并节省了成本。
介绍
坚固 – 可靠 – 准确
• 极快（16,000个波长/秒=最多30扫描/秒）
• 不受环境光和振动的影响
• 固态，无活动部件
• 实时双光束参考（无漂移）
近红外原理可以将近红外（NIR）区域定义为700至2500 nm的波长区域。 已经发现，不同的化学键（如O-H，C-H和N-H）的振动强度和能量会发生变化，并且在光谱中可以看作是在不同波长下的一系列吸收。 在特定波长下识别这些“峰值”提供了测量样品中特定分子数量的机会。
但是，如果不使用数据处理和化学计量软件，则很难解释NIR光谱。 分析通常分为四个阶段：
1. 数据收集-使用选定的光谱仪和方法（即透射率，反射率，透反射率）进行样品光谱和测量
2. 数据处理–包括信号处理以准备用于化学计量学的样品
3. 校准–化学计量学，它使用多种方法来建立用于分析的“模型”
4. 预测–使用化学计量学模型准确预测未知样品
Brimrose AOTF-NIR 有多种NIR技术，包括傅立叶变换（FT），单色仪，多色仪（二极管阵列）和滤波器。 FT使用移动镜，因此对振动敏感。使用衍射光栅的单色仪需要小心处理和频繁校准。 二极管阵列比其他技术具有更低的分辨率和信噪比。 滤光片的波长范围非常有限，只能用于水分等单组分测量。
但是，Brimrose声光可调滤波器（AOTF）技术非常适合实验室，在线尤其是在线的大多数应用。 以下是相对于其他NIR技术的优势：
• 固态–无活动部件，因此不受环境振动的影响
• 更快–能够每秒扫描多达16,000个波长，因此在整个波长范围（1100-2300 nm）中每秒可以进行多达30次扫描
• 灵敏–更高分辨率，具有出色的信噪比
• 不受环境光的影响–无需阻挡样品的环境光
• 实时双光束参考-无漂移，出色的波长重复性，无需重新校准设备
Brimrose AOTF-NIR光谱仪结合使用二氧化碲（TeO2）晶体和RF发生器。 白光源（钨）提供给晶体。 RF产生声波，该声波传播通过晶体并允许晶体衍射一个波长的光。 轻松快速地更改RF频率可以使不同的波长快速通过。 然后将各个波长分成2束光束。 “参考”通道包含5％的光，并转移到聚苯乙烯参考检测器。 其余的光是“样品”通道，传递到样品并返回InGaAs检测器。 样品反射的（或透射的）光被参考除以创建一个真正的光谱用于分析，不需要操作员的干预。
与其他光谱仪不同，由Brimrose设计和制造的AOTF-NIR光谱仪坚固耐用，灵活且易于操作。
食品/农业应用
典型的食品和农业应用包括水分，蛋白质，脂肪和灰分的测量。 使用NIR不仅可以提高制成品的一致性和质量。 它也可以用于：
• 帮助确定何时收获
• 确定育种用种子
• 注明假冒产品
• 改善土壤管理和施肥实践
化工行业使用NIR改进其在线和在线分析，包括：
• 反应监控-聚合
• 过程监控以了解材料成分
• 识别添加剂和杂质
• 识别对应于温度的浊点
方法
这家食品加工公司从其制造的三种不同类型的面包屑中平均提取了60个样品。 从中，它选择了八个要测试的验证样本。
所使用的光谱仪是具有漫反射探头的Brimrose AOTF-NIR Luminar 5030光谱仪。
Luminar 5030 Brimrose Luminar 5030 AOTF-NIR光谱仪在设计和制造时都考虑了灵活性。 5030具有铝制外壳，可以按以下方式使用：
• 手持
• 实验室-使用实验室支架
• 安装在搅拌机上–使用安装板； 当不需要不锈钢时
光谱范围在1100nm和2300nm之间。 平均收集一百次扫描。 从校准样品中收集了十个光谱，从验证样品中获得了五个光谱。 验证标准用于测试校准。
结果
下面的图显示了从三种类型的面包屑收集的光谱数据。 注意一个模型中所有三种类型的数据的一致性。光谱数据清楚地表明了两个水峰。
在下面的图中，我们使用合并后的数据通过回归分析比较了校准数据和验证数据。校准数据为红色，而验证数据为蓝色。
下面的图绘制了与校准光谱相比的验证光谱。 注意相同的曲线和一致性。 两个清晰的水峰再次明显。
预测
下表显示了经过验证的测量的准确性。 平均绝对误差为0.22％，或在可接受范围内。
结论与建议
这项研究清楚地证明了Brimrose AOTF-NIR Luminar 5030光谱仪可用于成功定量分析，以控制面包副产品的水分。 校准和验证结果之间有很高的相关性。 绝对平均误差非常低，完全在公司可以接受的范围内。
该光谱仪对于在线部署具有4-20 mA的I / O功能，以一致，可重复和长期的方式控制烤箱，非常有效，从而消除了操作员的干扰。
从这些结果可以明显看出，Brimrose Luminar 5030光谱仪（以及用于在线应用的Brimrose Luminar 4030光谱仪）是一种用于测量面包或其他相关食品中水分（或其他关键成分）的高效工具。
声光可调滤光器（AOTF）的原理
声光可调谐滤光器（Acousto-optic tunable filter，简称AOTF）是一种电光调制器件。其工作原理主要是利用了声波在各向异性介质中传播时对入射到传播介质中的光的布拉格衍射作用。
声光可调谐滤光器组成是由单轴双折射晶体（通常采用的材料为TeO2），粘合在单轴晶体一侧的压电换能器，以及作用于压电换能器的高频信号源组成。当输入一定频率的射频信号时，AOTF会对入射多色光进行衍射，从中选出波长为λ的单色光。单色光的波长λ与射频频率f 有一一对应的关系，只要通过电信号的调谐即可快速、随机改变输出光的波长。
AOTF的分光原理图
BRIMROSE 公司的AOTF 分光系统
美国BRIMROSE AOTF 近红外光谱分析技术特点
美国Brimrose 的AOTF 近红外光谱分析技术的独特之处在于非常适合在线质量控制和现场品质检测。AOTF 近红外光谱分析技术具有扫描速度快而且不受外界环境如温度、湿度、灰尘等影响的独特优势。这是其他任何分光系统不可比拟的。
基于AOTF 近红外技术的光谱仪与传统机械调谐分光元件的光谱仪相比，无论是在定性、定量，还是对生产过程的质量控制显示了其明显的优势。
