A közeli-infravörös (NIR) gabonaelemző műszerek a közeli infravörös spektroszkópia elvén működnek. Olyan nagy pontosságú optikai mérőberendezések, amelyeket a mezőgazdaságban és az élelmiszeriparban alkalmaznak szemes termények, lisztek és olajos magvak beltartalmi paramétereinek (például fehérje-, sikér-, nedvesség- és olajtartalom) gyors, vegyszer- és roncsolásmentes meghatározására.
A technológia egyik speciális, nemzetközileg is elismert magyarországi fejlesztési mérföldköve a HU 226 833 B1 lajstromszámú szabadalom, amely egy egyedülálló fénysugár alkalmazásán alapuló kvantitatív mérőeljárást és optikai elrendezést vezetett be a piacra.
Története és a magyar fejlesztés A technológia hátterében álló forgó-körgyűrűs mérési eljárást és a hozzá kapcsolódó speciális spektrométer-konstrukciót magyar mérnökök fejlesztették ki. A szabadalom hivatalos feltalálói és szabadalmasai: Takács Gábor (47,5%, Pomáz) Pokorny Tibor (47,5%, Pilisborosjenő) Takács Áron (5%, Pomáz)
A fejlesztésre és a szabadalmaztatott technológiára épülve jöttek létre az Infracont Műszeripari Kft. által gyártott, magyar fejlesztésű NIR gabonaelemző műszerek (például az Mininfra és InfraCont termékcsaládok), amelyek mind a magyar, mind a nemzetközi piacon elterjedtté váltak a mezőgazdasági minőség-ellenőrzésben.
A technika állása és a kiküszöbölt problémák A hagyományos spektroszkópiai mérőműszerek működése során a mintát egy fényforrással világítják át, majd a detektor különböző hullámhosszokon méri a fény intenzitását és felveszi a spektrumát. A számszerű elemzés pontosságához alapvető követelmény a mérőfény intenzitásának, valamint az érzékelő elektronika paramétereinek abszolút stabilitása.
A korábbi technológiák két fő problémával küzdöttek: Optikai instabilitás Az alkatrészek időbeli ingadozásait és öregedését hagyományosan úgynevezett kétcsatornás rendszerekkel próbálták kompenzálni, ahol a fény felváltva haladt a mintán és egy külön úton lévő referencia anyagon keresztül. Ha viszont a két különálló optikai út elemei eltérő ütemben változtak vagy szennyeződtek, az mérési hibát eredményezett. A minta inhomogenitása A szemes termények (például a búzaszemek) felülete és belső szerkezete nem egyenletes. A pontos méréshez a mintán több almérést kell végezni, és az almérésekből kiszámolni a végeredményt. Az almérésekhez vagy a mintát kell több almintára osztani, vagy a fénynyalábot kell úgy mozgatni, hogy a minta több pontján almérés keletkezzen. A minták több almintára való osztására bonyolult és költséges mechanikus mintamozgató szerkezeteket alkalmaztak.
Bár léteztek egyetlen optikai utat használó, fényszaggatós (choppertárcsás) megoldások, ezeknél a minta és a referenciaanyag mozgásállapota nem egyezett meg, a mérési adatok szétválasztásához pedig bonyolult matematikai eljárásokra volt szükség.
Működési elv és technológiai újítások A magyar szabadalom szerinti eljárás egyetlen, közös optikai utat alkalmaz, amelyben a vizsgálandó mintát (vagy mintákat) és a stabil referenciaanyagot egyazon síkban, egy adott geometriai tengelytől egyenlő távolságban, körgyűrű alakban helyezi el. A mérés során a körgyűrű alakú teret és a mérőfényt folyamatos, változtatható sebességű forgómozgásban tartják egymáshoz képest. Ez megvalósítható a mintatartó körgyűrű fizikai forgatásával, vagy a mérőfény optikai tengelyének körbeforgatásával.
A módszer méréstechnikai előnyei Időbeli kompenzáció A gyors forgás következtében a minta és a referencia mérése egymás után rendkívül rövid idő alatt (gyakorlatilag szinte egy időben) történik. Ez az időkülönbség elhanyagolható az optikai elemek instabilitásának időállandójához képest, így a mérés során még a gyengébb minőségű vagy öregedő alkatrészek is teljesen stabilnak mutatkoznak. Közös optikai elemek Mivel a fény pontosan ugyanazokon a lencséken, tükrökön és ablakokon halad keresztül a minta és a referencia esetében is, az alkatrészek változásai és szennyeződései teljesen kiegyenlítődnek. Egyidejű letapogatás A forgómozgás nemcsak a minta-referencia váltást biztosítja, hanem automatikusan elvégzi a minta átvilágítását is, kiküszöbölve az inhomogenitásból adódó pontatlanságokat.
Szerkezeti kialakítások és méretcsökkentés A fenti optikai elrendezés transzmissziós (fényáteresztő) és reflexiós (fényvisszaverő) üzemmódot is lehetővé tesz. Kialakítását tekintve megvalósítható tengelyirányú elrendezés (ahol a fényforrás és a detektor a középpontban van, és prizmák vagy tükrök terelik ki a fényt a forgó körgyűrűre), valamint tengelyen kívüli elrendezés is.
A transzmissziós méréseknél – különösen egész gabonaszemek esetén – a mintán átjutó fény intenzitása rendkívül alacsony. A hagyományos, nagy fényerejű, kétréses spektrométerek viszont rendkívül drágák és robusztusak.
Jegyzetek
Kapcsolódó szócikkek Spektroszkópia Spektrométer Monokromátor Közeli infravörös spektroszkópia
További információk