1、應用核磁共振技術測定穀物之含水率,國立台灣大學農業機械工程學系楊宜芳 林達德,應用核磁共振技術測定穀物之含水率,研究動機與目的 核磁共振原理 研究方法與材料 結果與討論 結論與建議,粉碎稻穀以未粉碎稻穀之檢量線測定結果,結果與討論,檢量線的建立與基本量測 粉碎與未粉碎稻穀的比較 稻穀品種間之差異 稻穀通用檢量線 其他穀物的量測 測定方法的探討,其他穀物含水率之測量,結論,檢量線之建立與量測誤差 量測方法的適用性與範圍 進行量測時確保建立檢量線時之條件 影響FID訊號的因子與設定,敬請指教 謝謝,研究動機與目的,研究動機(1) 準確迅速的含水率測定技術可確保買賣雙方的利益(2) 核磁共振技術為非
2、破壞性檢 測可快速地分析物質結構,研究動機與目的,研究目的(1) 探討核磁共振原理與訊號處理方法(2) 用NMR量測穀物含水率並與其他含水率測定技術比較,研究動機與目的,研究目的(3) 探討核磁共振量測方法的變 因及影響(4) 核磁共振技術量測含水率的標準程序與流程之奠定,應用核磁共振技術測定 穀物含水率之研究,研究動機與目的 核磁共振(NMR) 研究方法與材料 結果與討論 結論與建議,核磁共振NMR,基本原理 儀器設備 測量方法 在農業上的應用,核磁共振NMR,基本原理(1) 磁矩 (magnetic moment)(2) 無線電波脈衝(radio frequency pulse)(3) L
3、armor frequency,磁矩,Bo,M,Bo,Precession(歲差運動),核磁共振NMR,基本原理(4) FID (Free Induction Decay)(5) T1與T2(6) FID訊號與物性的關係,典型FID訊號,時間(ms),訊號強度,T1 (Spin-lattice relaxation),T1 Time,M0,-M0,Mz,T2 (Spin-spin relaxation),T2 Time,NMR Signal,0% Solid,60% Solid,100% Solid,FID與固體物質含量的關係,Time,NMR Signal,rf-Pulse,不同含水率稻穀之
4、FID訊號,核磁共振NMR,儀器設備(1) 磁鐵與探頭部分(2) 電子配件部分,低解析度核磁共振儀,核磁共振NMR,測量方法(1) 測量樣本重量與高度(2) 建立檢量線(3) 直接將樣本放入儀器測量,核磁共振NMR,農業上的應用(1) 優點:快速 非破壞性檢測 (2) 農產品含水率 油脂含量的測定,核磁共振NMR,農業上的應用(3) 線上測定系統(4) 食品加工上的應用,食品加工上常用的應用,應用核磁共振技術測定 穀物含水率之研究,研究動機與目的 核磁共振(NMR) 研究方法與材料 結果與討論 結論與建議,研究方法與材料,穀物種類與稻穀品種 建立準確的檢量線 其他含水率測定技術之比較 FID訊
5、號的分析 程式撰寫與參數設定,研究方法與材料,穀物種類與稻穀品種(1) 稻穀品種:中秈10號 台農67號台梗12號 台秈2號高雄139號 台秈糯2號,研究方法與材料,穀物種類與稻穀品種(2) 其餘穀物:高梁 薏仁小米,研究方法與材料,建立準確的檢量線(1) 準備不同含水率之稻穀樣本(2) 以傳統烤箱法求得稻穀樣本 含水率(3) 量測樣本重量與高度,研究方法與材料,建立準確的檢量線(4) 利用不同含水率樣本建立檢量線,建立檢量線時之程式視窗(一),建立檢量線時之程式視窗(二),建立檢量線時之程式視窗(三),研究方法與材料,其他含水率測定技術之比較(1) 電容式 (2) 電阻式 (3) 單粒水分計
6、,電容式水分計,電阻式水分計,單粒水分計,研究方法與材料,FID訊號的分析(1) 不同含水率的訊號差異(2) 比較不同品種稻穀 (3) 單粒稻穀的測定,不同含水率之FID訊號,研究方法與材料,FID訊號的分析(4) 粉碎後稻穀的測定比較(5) 其餘穀物的測定,研究方法與材料,程式撰寫與參數設定(1) 廠商程式的擴充性不大 (2) 逐一找出參數設定對結果的影響,應用核磁共振技術測定 穀物含水率之研究,研究動機與目的 核磁共振(NMR) 研究方法與材料 結果與討論 結論與建議,結果與討論,與其他含水率測定技術比較 稻穀通用檢量線 單粒稻穀以及少量樣本的測定結果 粉碎後稻穀的測定結果,結果與討論,其
7、餘穀物的測定 程式參數設定的流程 造成誤差的因素,結果與討論,與其他含水率測定技術比較(1) 以傳統烤箱法求得之含水率 為標準(2) 與電阻式電容式,單粒水分計做比較,高雄139號檢量線,中秈10號檢量線,以烤箱法測定之含水率為標準所做之含水率測定技術之比較,結果與討論,稻穀通用檢量線(1) 不同品種稻穀的檢量線比較(2) 以全部樣本建立稻穀通用檢量線Y8.032X2.583,結果與討論,稻穀通用檢量線(3) 比較專用檢量線與通用檢量線之測定結果,不同品種稻穀之檢量線比較,稻穀通用檢量線,專用檢量線與通用檢量線測定結果之比較,結果與討論,單粒稻穀以及少量樣本的測定結果(1) 直接測定較少量的樣
8、本(2) 以少量樣本建立檢量線再測定,結果與討論,單粒稻穀以及少量樣本的測定結果(3) 稻穀樣本高度最少約0.5公分(下方需加墊)(4) 單粒測定誤差很大,不同份量樣本直接測定,不同份量樣本之檢量線(未加墊),不同份量樣本之檢量線(加墊),結果與討論,粉碎後稻穀的測定結果(1) 直接以未粉碎檢量線測定粉碎後稻穀(2) 建立粉碎後稻穀的檢量線再做測定,未粉碎稻穀檢量線(台農67號),粉碎稻穀以未粉碎稻穀之檢量線測定結果,粉碎稻穀檢量線(台農67號),粉碎稻穀以其檢量線測定結果,結果與討論,其餘穀物的測定(1) 高梁(2) 薏仁(3) 小米,其他穀物以通用檢量線測定結果,高梁檢量線,高梁測定殘差圖
9、,薏仁檢量線,小米檢量線,結果與討論,程式參數設定的流程(1) 主要參數: 脈衝長度取樣時間延遲時間 (2) 參數設定對測定結果之影響,結果與討論,程式參數設定的流程(3) 主要影響參數: 脈衝長度 (4) 參數設定,改變脈衝長度對結果的影響,改變取樣時間對結果的影響,改變延遲時間對結果的影響,取樣時間與延遲時間設定 對誤差之影響,參數設定值,結果與討論,造成誤差的因素(1) 烤箱法實驗誤差(2) 樣本重量測量誤差(3) 樣本高度,結果與討論,造成誤差的因素(4) 稻穀樣本含水率均勻度(5) 儀器校正,應用核磁共振技術測定 穀物含水率之研究,研究動機與目的 核磁共振(NMR) 研究方法與材料 結果與討論 結論與建議,結論與建議,檢量線建立準確即可得到誤差在1WB內的測定值 稻穀通用檢量線方程式Y8.032X2.583 建立檢量線與測定時的樣本份量要相同,結論與建議,最少需要3至5顆穀粒樣本(0.5cm)測定值較準確 其餘穀物以其專用檢量線測定平均絕對誤差範圍在0.41至0.58WB以內 建議,結論與建議,建議(1) 訊號分析的複雜性需要克服 (2) 取樣份量增加(3) 儀器價格昂貴,結論與建議,建議(4) 增加實驗穀物種類 (5) 偵測農產品其他物性,敬請指教 謝謝,
