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超精致食品检测光谱仪 体积小于一块方糖

导读: 这一光谱仪的新奇之处就是它的尺寸。它体积只有2.1毫升,比一块方糖小30%,因此非常紧凑型,大大胜过市售的同类产品。

  无论是水果,肉类或奶酪,食品质量并不总是像消费者希望的那样。但是,未来会有一种分光计(spectrometer),可以先测量食品质量,然后再买它。这种装置不比一块方糖大,制造成本低廉,或许有一天,甚至可以安装在智能手机中。

  梨熟了吗?或者说,你是否会感到厌烦,因为你回家后发现,你买的梨既不甜也不水?而肉又怎么样?是否含水太多?这会使它在烹煮时变硬。能买到合适的食品往往是一个侥幸问题,对于消费者而言就是这样。但是,所有这些都会改变。在未来,你需要做的,只是拿着手机,靠近有问题的产品,启动相应的应用程序,从菜单中选择食品种类,例如“梨”,那么马上,设备就会提出建议:梨果糖含量高,可以购买。这种应用程序是采用近红外光谱仪(near infrared spectrometer),可以测量产品中水,糖,淀粉,脂肪和蛋白质的含量。这一系统在检测时,要低于食品外表面数厘米,这意味着,它可以检测出苹果的核心是否已腐烂。薄膜包装使用这种装置也没有问题,因为它可以直接进行透视检测。

  但是,这种装置究竟如何起作用?因为发出广泛的宽频光线,照射要测试的东西, 例如一块肉。这样,根据肉的成分,它会反射不同波长的光,都在近红外范围内,具有不同的强度。得到的频谱会告诉科学家,食品中存在的各种物质都各有多少含量。

  这一光谱仪的新奇之处就是它的尺寸。它体积只有2.1毫升,比一块方糖小30%,因此非常紧凑型,大大胜过市售的同类产品,那些产品要大350倍左右。另一个优点是,这种设备制造成本低,适合大批量生产。“我们希望,光谱仪的开发方式要和数码相机一样,”海因里希•格鲁吉尔(Heinrich Grüger)博士说,他管理相关业务单位,在德累斯顿(Dresden)弗劳恩霍夫光子微系统研究所(Fraunhofer IPMS :Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems),这种系统正在开发。“摄像头10年前要花费500欧元,但性能远远不如今天的产品,就是你手机中几乎可免费使用的那种。”

  制造光谱仪,通常要组装各个组件:有镜子,光隙(optical gaps),光栅和探测器,每个都要单独安装到位,而且要正确对齐。相反,弗劳恩霍夫光子微系统研究所的研究人员制造单个光栅和光隙,是直接在硅片上进行。但是这还不是全部:薄硅片很大,足以容纳几百分个分光计组件,这意味着,数百个近红外系统在生产时可以一次完成。科学家要堆叠含有集成组件的晶片,放在含有光学元件的晶片上。然后,他们对齐、粘合晶圆,进行分离,制成单个分光计。这意味着,研究人员并不需要定位每个组件,只需要定位各自的复合基板。所谓的微电子机械系统(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)技术的另一个好处是,制成的设备比手工产品更稳定。

  传感器+测试展会(Sensor+Test tradeshow)就要在纽伦堡(Nuremberg)举行,时间是5月22日至24日,弗劳恩霍夫光子微系统研究所的科学家会展出原型光谱仪(12号展厅,展位202)。这种装置会在三到五年内进入市场。研究人员也在研究制备相应的基础设施。“我们在开发智能算法,可立即分析记录的频谱,对照标准,建议消费者是否购买这种产品。这种建议完全是基于品质特点,比如成熟度和水含量等。这种系统不能进行微生物或毒物分析。”光谱仪的潜在应用领域不仅限于食品:这种设备也可以检测伪劣产品,例如,可以验证产品,确定它是用高品质原料制成,还是一种廉价的假货。这一装置也可以检测出汽车车身部位是否重新上过漆,也可测试药物和化妆品面霜的成分。

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