一种基于X射线荧光光谱的食品重金属检测装置和方法与流程

一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置和方法
技术领域
1.本发明涉及重金属检测设备技术领域，具体涉及一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置和方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提高，对食品的安全性也提出了更高的要求，特别是对食品中重金属的担忧，食品中的重金属污染物包括铅、砷、铬、镉、汞、钴、锰等，重金属超标将直接影响到人们的身体健康，因此，对食品中重金属的检测势在必行。
3.传统用于食品中重金属分析的x射线荧光分析仪，进行作业的步骤是先需要对食品样品进行取样，然后带回实验室进行复杂的前处理，最后通过仪器测试，收集能谱数据并最终给出成分测试结果。如发明专利申请号为cn201510756934.2 一种粉碎压片一体装置，其中记载了“所述的粉碎压片一体装置由初级粉碎部件、研磨粉碎部件、压片成形部件、控制部件以及外壳组成，其中初级粉碎部件在隔绝氧气的环境中工作，压片成形部件在储料斗仓壁上加高压气嘴用于增加粉末流动”。其破碎是通过研磨杆和研磨槽实现，效率低，颗粒度较粗，对检测效率和检测准确度有影响。
4.在实际检测中，食品的组成往往也并非单一构成，其中含有包括蛋白质、淀粉、植物纤维等各种成分混合在一起，在具体检测时，为了获得优良的压片测试样，一般需要至少5g完全干燥的粒度在200目以下的均匀粉末，因此就需要将食品物料干燥，研磨成细小粉末后将食品各个部分充分融合，并最终挤压成压片以得到平整紧凑的检测平面，此过程繁琐且占用时间长。并且由于物料成分较多，重金属的含量波动较大，还需要多次测量获取平均值，以提高检测精度。在实验室完成这一系列的工序，步骤繁琐且要求较高，由此为了提高食品中重金属的检测效率，缩短检验周期，特提出本技术方案。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置和方法。以解决现有技术中由于食品重金属检测步骤繁琐而导致的检测效率低，周期长的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：根据本发明的第一方面；本发明提供了一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置，包括碎料组件、动力装置、挤压成型装置和传动检测组件，所述碎料组件位于动力装置的上端，所述动力装置的下端与传动检测组件相连，所述传动检测组件与挤压成型装置传动连接，所述挤压成型装置与碎料组件连通，所述动力装置同时与碎料组件以及传动检测组件传动连接。
7.进一步的，所述动力装置包括机壳和双轴电机，所述碎料组件螺接固定在机壳上，所述机壳内设置有双轴电机；所述碎料组件包括外加热筒、粗刮料筒、精研机构和筛网盖，所述精研机构套设在粗刮料筒内，所述粗刮料筒套设在外加热筒内，所述双轴电机的一端与精研机构传动连接，
所述精研机构位于粗刮料筒的轴线处，且所述精研机构与粗刮料筒传动连接，所述粗刮料筒位于外加热筒轴线处，所述粗刮料筒端部螺接安装有筛网盖。
8.进一步的，所述外加热筒包括入料口、内加热筒壳和行星齿轮，所述粗刮料筒位于内加热筒壳的轴线处，所述内加热筒壳的顶部竖直设置有入料口，所述内加热筒壳的端部设置有四个行星齿轮。
9.进一步的，所述粗刮料筒包括刨料筒、安装环、刮片和内齿圈，所述内加热筒壳的轴线处设置有刨料筒，所述刨料筒侧面设置有鱼鳞状的刮片，所述刨料筒一端固定设置安装环，所述安装环与筛网盖螺接固定，所述刨料筒的另一端设置有内齿圈，四个所述行星齿轮与内齿圈啮合传动连接。
10.进一步的，所述精研机构包括带轮、中心齿轮、传动轴、精研筒和出料绞龙，所述内齿圈通过四个所述行星齿轮与中心齿轮啮合传动连接，所述中心齿轮固定套设在传动轴上，所述传动轴一端与带轮相连，所述传动轴另一端与精研筒同轴固定，所述精研筒 内设置有出料绞龙。
11.进一步的，所述传动检测组件包括下料器、凸轮轮组、底座、x射线荧光光谱仪和牵引拨杆，所述双轴电机的另一端与凸轮轮组传动连接，所述凸轮轮组设置在底座内，所述凸轮轮组与下料器相抵，所述下料器与x射线荧光光谱仪位置对齐，所述凸轮轮组与牵引拨杆铰接。
12.进一步的，所述凸轮轮组包括传动轮、阿基米德凸轮、中心轴和传动带轮，所述牵引拨杆中心处铰接设置在传动轮上，所述传动轮与阿基米德凸轮套设在中心轴上，所述中心轴端部设置有传动带轮，所述传动带轮与双轴电机的另一端通过传动带传动连接；所述下料器包括落料板、传动凸起和复位弹簧，所述阿基米德凸轮与传动凸起相抵，所述传动凸起设置在落料板底部，所述落料板端部设置有复位弹簧。
13.进一步的，所述挤压成型装置包括推料机构、料槽、成型模具和挤压构件，所述牵引拨杆的一端滑动插入推料机构内，所述牵引拨杆的另一端插入挤压构件内，所述推料机构和挤压构件均滑动设置在成型模具内，所述成型模具的顶部设置有料槽。
14.进一步的，所述推料机构包括拉杆、拉簧、推杆、放料套管和传动滑块，所述牵引拨杆套设在传动滑块的端部，所述传动滑块固定设置在放料套管的端部，所述放料套管的中心处设置有推杆，所述推杆端部滑动插设有拉杆，所述拉杆与推杆之间设置有拉簧。
15.进一步的，所述成型模具包括直通式挤压槽、检测下料通道、模具体和下料腔，所述落料板位于检测下料通道下端并与检测下料通道连通，所述检测下料通道与下料腔连通，所述下料腔设置在直通式挤压槽的中部，所述直通式挤压槽贯穿整个模具体。
16.根据本发明的第二方面；一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测方法，应用如上所述的一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置，包括如下步骤：s1.内加热筒壳上绑定加热线圈，向线圈通入高频交流电，使得内加热筒壳发热，从而干燥物料；s2.将物料投入所述入料口中，所述刨料筒转动，将物料刨切成较大的碎块，同时精研筒反向转动，精研筒侧壁设置有若干小孔，将碎块挤压研磨成颗粒度小于100目的颗粒，最后形成的颗粒经过筛网盖再将颗粒中小于200目的物料粉末过滤出来；
s3.物料粉末从料槽进入直通式挤压槽，传动轮带动牵引拨杆前后摆动，从而带动挤压构件和推料机构将物料粉末挤压成物料压片，然后通过推杆将物料推动进入到检测下料通道，所述检测下料通道与x射线荧光光谱仪位置对齐，以便于通过照射x射线获取光谱信息；s4.挤压构件和推料机构每活动一次，阿基米德凸轮转动一周，继而通过阿基米德凸轮与传动凸起相抵，从而使得落料板打开一次，使得被检测过的物料块自动掉落出去。
17.本发明具有如下优点：本技术方案基于x射线荧光光谱检测技术，集成物料检测所必须的物料前处理过程，可以一体化实现物料的粉碎、混合、干燥、成型以及成分检测的全过程，由此来提高检测效率，及时快速完成食品的检测流程，并且通过多次检测取均值的方式，可以有效提高检测精度，适合对含有复杂成分的食品进行重复检测，解决了现有技术中由于食品重金属检测步骤繁琐而导致的检测效率低，周期长的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
19.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
20.图1为本发明提供的一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置的立体图；图2为本发明提供的成型模具结构示意图；图3为本发明提供的图2中a-a处的剖视图；图4为本发明提供的碎料组件拆分立体图；图5为本发明提供精研机构的拆分立体图；图6为本发明提供的粗刮料筒立体图；图7为本发明提供的外加热筒立体图；图8为本发明提供的动力装置立体图；图9为本发明提供的挤压成型装置立体图；图10为本发明提供的推料机构立体图；图11为本发明提供的传动检测组件立体图；图12为本发明提供的下料器立体图；图13为本发明提供的凸轮轮组立体图；图14为本发明提供的图3的a处局部放大图；图中：1碎料组件；11外加热筒；111入料口；112内加热筒壳；113行星齿轮；12粗刮料筒；121刨料筒；122安装环；123刮片；124内齿圈；13精研机构；131带轮；132中心齿轮；133传动轴；134精研筒；135出料绞龙；14筛网盖；2动力装置；21机壳；22双轴电机；3挤压成型装
置；31推料机构；311拉杆；312拉簧；313推杆；314放料套管；315传动滑块；32料槽；33成型模具；331直通式挤压槽；332检测下料通道；333模具体；334下料腔；34挤压构件；35内插管；36外管槽；4传动检测组件；41下料器；411落料板；412传动凸起；413复位弹簧；42凸轮轮组；421传动轮；422阿基米德凸轮；423中心轴；424传动带轮；43底座；44 x射线荧光光谱仪；45牵引拨杆。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1本发明公开了一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置，具体技术方案如图1-14所示，包括碎料组件1、动力装置2、挤压成型装置3和传动检测组件4，碎料组件1位于动力装置2的上端，通过碎料组件1可以将食品破碎研磨成粉末颗粒，并进行加热干燥。如图1所示，动力装置2的下端与传动检测组件4相连，传动检测组件4与挤压成型装置3传动连接，动力装置2在带动碎料组件1的同时通过传动检测组件4带动挤压成型装置3运行。挤压成型装置3与碎料组件1连通，碎料组件1释放需要检测的物料，而动力装置2同时与碎料组件1以及传动检测组件4通过传动连接，由此通过挤压成型装置3将物料做成压片通过照射x光线获得光谱，从而分析物料重金属含量是否超标。
23.需要说明的是，x射线荧光光谱用于检测重金属的原理，属于现有技术中成熟的检测技术，在此不再赘述。
24.根据本发明公开的一个具体实施例，动力装置2包括机壳21和双轴电机22，如图8所示，碎料组件1螺接固定在机壳21上，机壳21内设置有双轴电机22，双轴电机22的两端分别用于带动碎料组件1和传动检测组件4。
25.根据本发明公开的一个具体实施例，碎料组件1包括外加热筒11、粗刮料筒12、精研机构13和筛网盖14，如图4所示，双轴电机22的一端与精研机构13传动连接，以此来带动精研机构13转动，精研机构13位于粗刮料筒12的轴线处，且精研机构13与粗刮料筒12传动连接，由此在使用时，食品会先经过粗刮料筒12而被切碎为小块碎料，而后再经过精研机构13被研磨成更细的物料。粗刮料筒12位于外加热筒11轴线处，外加热筒11上设置有加热线圈，可以通电升高温度。而粗刮料筒12端部螺接安装有筛网盖14，物料经过精研机构13研磨后，经过筛网盖14而将不符合要求（颗粒度大于200目）的物料滞留在筛网盖14内，以便物料在精研机构13内反复被研磨。
26.根据本发明公开的一个具体实施例，外加热筒11包括入料口111、内加热筒壳112和行星齿轮113，所述精研机构13套设在粗刮料筒12内，所述粗刮料筒12套设在外加热筒11内，所述粗刮料筒12套设在外加热筒11内，内加热筒壳112的顶部竖直设置有入料口111，入料口111与内加热筒壳112连通，如图4、图6和图7，内加热筒壳112的端部设置有四个行星齿轮113，通过四个行星齿轮113可以使得粗刮料筒12与精研筒13之间同轴反向运动，从而提高物料研磨的效果。
27.根据本发明公开的一个具体实施例，粗刮料筒12包括刨料筒121、安装环122、刮片123和内齿圈124，内加热筒壳112的轴线处设置有刨料筒121，刨料筒121侧面设置有鱼鳞状的刮片123，当刨料筒121转动时，可以将食品刨成碎渣。刨料筒121一端固定设置安装环122，安装环122与筛网盖14螺接固定，由此在刨料筒121转动时，相应的筛网盖14随之转动，以便将合格的物料（颗粒度小于200目）颗粒筛选出来。刨料筒121的另一端设置有内齿圈124，四个行星齿轮113与内齿圈124啮合传动连接，由此通过带动中心齿轮132转动就可以带动刨料筒121与精研筒134同轴反向转动，由此来提高研磨效果。更进一步的说明，由于内齿圈124通过四个行星齿轮113与中心齿轮132啮合传动，可以由此形成一个类似行星减速器的机构，其中带轮131带动传动轴133高速转动，传动轴133带动中心齿轮132转动，继而通过行星齿轮113传动使得内齿圈124低速转动，但相应的转矩会得到提高，由此可以带动刨料筒121去刨刮下材质较为坚硬的食品，精研筒134高速转动去磨碎刨料筒121刨刮下的材料，两者结合可以显著提高食品的粉碎效果。
28.根据本发明公开的一个具体实施例，精研机构13包括带轮131、中心齿轮132、传动轴133、精研筒134和出料绞龙135，如图5所示。内齿圈124通过四个行星齿轮113与中心齿轮132啮合传动连接，中心齿轮132固定套设在传动轴133上，传动轴133一端与带轮131相连，带轮131直接与双轴电机22通过皮带传动连接，传动轴133另一端与精研筒134同轴固定，精研筒134上布置有若干小孔，以便将物料通过小孔渗入到精研筒134内，并且在物料在精研筒134内时，也可以通过小孔渗透到精研筒134与刨料筒121之间，由此利用刨料筒121内壁与精研筒134外壁互相作用，从而将物料研磨的更细。精研筒134内设置有出料绞龙135，在精研筒134转动的过程中，出料绞龙135可以将精研筒134内的物料转移到筛网盖14上进行过滤，更进一步的，在本实施例中传动轴133与双轴电机22之间可采用多种传动方式，如齿轮、连杆和链传动的都在本实施例的保护范围内。
29.根据本发明公开的一个具体实施例，传动检测组件4包括下料器41、凸轮轮组42、底座43、x射线荧光光谱仪44和牵引拨杆45，双轴电机22的另一端与凸轮轮组42传动连接，凸轮轮组42设置在底座43内，凸轮轮组42与下料器41相抵，如图11，下料器41与x射线荧光光谱仪44位置对齐，凸轮轮组42与牵引拨杆45铰接，凸轮轮组42转动一周，下料器41会开闭一次，将检测完的物料压片从挤压成型装置3排出，同时牵引拨杆45带动挤压成型装置3对物料粉末进行一次挤压成型，由此循环往复通过x射线荧光光谱仪44多次照射物料压片进行检测，通过重复实验最后获得数据取得平均值，由此来提高食品中含有重金属含量的准确结果。
30.根据本发明公开的一个具体实施例，凸轮轮组42包括传动轮421、阿基米德凸轮422、中心轴423和传动带轮424，牵引拨杆45中心处铰接设置在传动轮421上，如图3和图13所示，传动轮421与阿基米德凸轮422套设在中心轴423上，中心轴423端部设置有传动带轮424，传动带轮424与双轴电机22的另一端通过传动带传动连接，由此带动传动轮421与阿基米德凸轮422同轴旋转，而传动轮421转动一圈完成一次物料粉末挤压成型，同时阿基米德凸轮422转动一圈，使得下料器41启动一次使得物料压片从检测下料通道332中掉落。
31.根据本发明公开的一个具体实施例，下料器41包括落料板411、传动凸起412和复位弹簧413，阿基米德凸轮422与传动凸起412相抵，如图3和图12所示，传动凸起412设置在落料板411底部，落料板411端部设置有复位弹簧413。当阿基米德凸轮422转动一周带动落
料板411开启后，在复位弹簧413的作用下落料板411还会复位关闭。
32.根据本发明公开的一个具体实施例，挤压成型装置3包括推料机构31、料槽32、成型模具33和挤压构件34，如图9，牵引拨杆45的一端滑动插入推料机构31内，牵引拨杆45的另一端插入挤压构件34内，由此在传动轮421转动时，推料机构31和挤压构件34会交替运动，成型模具33的顶部设置有料槽32，而料槽32用于存放松散的物料粉末，推料机构31和挤压构件34均滑动设置在成型模具33内，从而在成型模具33内将干燥的物料颗粒挤压成型。
33.根据本发明公开的一个具体实施例，推料机构31包括拉杆311、拉簧312、推杆313、放料套管314和传动滑块315，如图2、图3和图10，牵引拨杆45套设在传动滑块315的端部，传动滑块315固定设置在放料套管314的端部，由此在传动轮421转动时，即可带动传动滑块315往返运动。放料套管314的中心处设置有推杆313，利用放料套管314可以避免推杆313在推动压片时物料泄漏的问题。推杆313端部滑动插设有拉杆311，拉杆311与推杆313之间设置有拉簧312，在物料压片成型后，推杆313可以带动拉杆311一起运动，在推杆313向后回缩挤压物料成型时，由于拉杆311端部设有锥度，因此拉杆311能停滞在直通式挤压槽331端部，同时拉簧312被拉紧，由此通过拉杆311与挤压构件34即可将干燥的食品粉末挤压成型。
34.根据本发明公开的一个具体实施例，成型模具33包括直通式挤压槽331、检测下料通道332、模具体333和下料腔334，如图3所示，落料板411位于检测下料通道332的下端并与检测下料通道332连通，当落料板411打开时，即可将检测完的样品压片排出。检测下料通道332与下料腔334连通，下料腔334设置在直通式挤压槽331的中部，直通式挤压槽331贯穿整个模具体333。被挤压成型的压片呈圆柱片体，由于x射线荧光光谱仪需要对平整的直面照射，因此通过下料腔334进入到检测下料通道332即可使得样品压片的端部对准x射线荧光光谱仪，从而便于得出结果。更进一步的，如图14，在直通式挤压槽331的端部还设置有内插管35和外管槽36，其中放料套管314活动插设在外管槽36上，料槽32穿过外管槽36与内插管35连通，内插管35位于外管槽36的轴线处，此种机构可以避免推杆313在推动压片时，粉末物料泄露到内插管35，导致直通式挤压槽331出现堵塞的问题。
35.实施例2本发明公开了一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测方法，应用如上所提出的一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置，包括如下步骤；s1.内加热筒壳112上绑定加热线圈，向线圈通入高频交流电，使得内加热筒壳112发热，从而干燥物料；s2.将物料投入所述入料口111中，所述刨料筒121转动，将物料刨切成较大的碎块，同时精研筒134反向转动，精研筒134侧壁设置有若干小孔，将碎块挤压研磨成颗粒度小于100目的颗粒，最后形成的颗粒经过筛网盖14再将颗粒中小于200目的物料粉末过滤出来；s3.物料粉末从料槽32进入直通式挤压槽331，传动轮421带动牵引拨杆45前后摆动，从而带动挤压构件34和推料机构31将物料粉末挤压成物料压片，然后通过推杆313将物料推入到检测下料通道332内，检测下料通道332与x射线荧光光谱仪44位置对齐，以便于通过照射x射线获取光谱信息；s4.挤压构件34和推料机构31每活动一次，阿基米德凸轮422转动一周，继而通过阿基米德凸轮422与传动凸起412相抵，从而使得落料板411打开一次，使得被检测过的物料
块自动掉落出去。
36.本发明的使用过程如下：本发明公开了一种基于x射线荧光光谱的食品重金属检测装置，其具体使用时，物料通过入料口111经过刨料筒121被切割刨成碎片，再经过精研筒134进行研磨，精研筒134上布置有若干小孔，同时内加热筒壳112通电加热，从而在研磨物料颗粒的过程中，对其加热干燥，然后干燥完成的颗粒经过筛网盖14获取较细的颗粒进入模具体333，双轴电机22带动传动轮421转动，传动轮421通过牵引拨杆45带动推料机构31与挤压构件34交替运动，将物料粉末颗粒挤压成型，同时下料器41打开，以便将测试完的压片排出。
37.综上，本技术的食品重金属检测装置特别适用于较硬食品的检测，如花生、核桃、杏仁等坚果，其破碎均匀度好，检测效果好。
38.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。