Mobilna spektroskopia umożliwi pomiar świeżości jedzenia za pomocą smartfona

fot. Konsumenci będą mogli wkrótce skanować świeżość i skład żywności na urządzeniach mobilnych

Jak sprawdzić jakość żywności za pomocą światła LED?

Rosnąca świadomość konsumentów w zakresie dbania o zdrowie oraz dietę, a także coraz wyraźniejszy trend ZERO WASTE znacząco przyspieszają rozwój technologii wspierających realizację założeń nowego stylu życia. Krokiem w tym kierunku jest wprowadzenie do użytku nowej generacji szerokopasmowych diod podczerwieni ułatwiających użytkownikom sprawdzanie świeżości oraz składu produktów spożywczych za pomocą urządzeń mobilnych. W ten sposób będzie można np. sprawdzić zawartość kakao w tabliczce czekolady, a więc wybierać żywność wysokiej jakości, a także ograniczyć ilość wyrzucanego jedzenia.

Rosnąca świadomość konsumentów przyspieszyła rozwój rynku wearables oraz urządzeń mobilnych, ułatwiając monitorowanie parametrów życiowych. Kolejnym krokiem jest pomoc konsumentom w analizie i monitorowaniu składników żywności kupowanej np. w marketach. Ostatnie postępy w zakresie rozwoju diod LED bliskich pasm podczerwieni (tzw. NIR/NIRED) otwierają nowe pola zastosowań dla spektroskopii mobilnej. Technologia umożliwi konsumentom pomiar składników odżywczych, zawartości kalorii i ocenę świeżości żywności za pomocą telefonów komórkowych lub urządzeń przenośnych, które już mierzą tętno i puls. Osram Opto Semiconductors jest do tej pory jedynym producentem, który oferuje takie diody.

Mobilna spektroskopia - jak to działa?

Spektroskopia w bliskiej podczerwieni oparta na technologii LED wykorzystuje charakterystyczne właściwości absorpcji światła. Określone widmo światła jest kierowane do próbki, dzięki czemu z rozkładu długości fali światła odbitego można określić obecność i stężenie określonych składników. W ten sposób można zmierzyć np. zawartość wody, tłuszczu, węglowodanów, cukru lub białka w żywności. Te dane wskazują na świeżość, jakość lub zawartość kalorii.

Każda cząsteczka pochłania światło w kilku określonych długościach fal. Widmo absorpcji jest unikatowe i działa jak odcisk palca dla określonej cząsteczki. Różne grupy funkcyjne absorbują charakterystyczne częstotliwości promieniowania podczerwonego. Korzystając z różnych akcesoriów do pobierania próbek, spektrometry podczerwieni mogą przyjmować szeroki zakres typów próbek, takich jak gazy, ciecze i ciała stałe. Diody NIRED działają więc jako kompaktowe źródło światła dla spektrometru.

Nowa generacja rozwiązań

Opisywane rozwiązanie jest możliwe dzięki nowej generacji diod NIRED, takich jak Oslon Black SFH 4736 lub Synios SFH 4776. Dzięki nowej technologii i zintegrowanej optyce Oslon Black SFH 4736  intensywność światła jest zwiększona o 60 procent w porównaniu do wcześniejszych rozwiązań. Główna wiązka optyczna zawiera 90 procent wygenerowanego światła w zakresie kąta wiązki +/- 40 °. Zapewnia ona znacznie więcej mocy optycznej, skupiając światło dokładnie tam, gdzie jest ono potrzebne. W rezultacie więcej światła jest odbijane do spektrometru, dzięki czemu mierzony sygnał jest silniejszy. Budowa diody Synios SFH 4776 (mieszczącej się w niewielkiej, solidnej oprawie) pozwala osiągnąć znaczącą poprawę intensywności. Konsumenci uzyskują dzięki temu lepszy stosunek sygnału do szumu, a w efekcie prostszą analizę składu cząsteczkowego żywności i leków.

Udostępnienie tej technologii szerokiemu gronu konsumentów stanowi swojego rodzaju przełom. Do tej pory spektroskopia najczęściej była wykorzystywana przy skomplikowanych projektach naukowych, w laboratoriach chemii i fizyki. Jednak postępująca miniaturyzacja i stopień zaawansowania technologii umożliwia obecnie integrację NIRED z aplikacjami wykorzystywanymi w smartfonach.

Podstawą opisywanych diod jest chip o powierzchni 1mm², działający w technologii UX:3, opracowany przez firmę OSRAM Opto Semiconductors. Chip ten zapewnia wysoką skuteczność świetlną. Jego światło przetwarzane jest na promieniowanie podczerwone za pomocą konwertera fosforu opracowanego specjalnie do tego zastosowania. Szczątkowy niebieski komponent światła pomaga użytkownikom dotrzeć do obszaru, który chcą zbadać. Widmo emisyjne NIRED ma jednolity rozkład widmowy podczerwieni mieszczący się w zakresie od 650 nm do 1050 nm. Osram Oslon Black Flat SFH 4735, Oslon Black SFH 4736 i Synios SFH 4776 to pierwsze na rynku diody LED o szerokim spektrum bliskiej podczerwieni.

Pomiar świeżości za pomocą smartfona

Na rynku smartfonów i urządzeń wearables pojawia się coraz więcej urządzeń wykorzystujących szerokopasmowe nadajniki bliskiej podczerwieni i kompaktowe spektrometry. Analizując spektrum absorpcji nieznanego materiału i dopasowując ten pomiar do bazy danych znanych cząsteczek, możliwe będzie określenie obecności i ilości pewnych składników, takich jak np. procent kakao w tabliczce czekolady.

Już wkrótce konsumenci będą mogli sprawdzić, jak świeże są  produkty w supermarketach, mierzyć kalorie w posiłkach i sprawdzać, czy dany lek jest ważny i zawiera przepisaną zawartość danej substancji leczniczej. Pomiarów będzie można dokonać poprzez skanowanie przedmiotów za pomocą smartfona. Pierwsze urządzenia wykorzystujące nową technologię NIRED zostały już zaprezentowane w sektorze konsumenckim. Przykładem jest mikrometr SCIO, wprowadzony przez izraelski startup Consumer Physics, który kształtem i rozmiarem przypomina pudełko zapałek. Rozwiązanie wykorzystuje spektroskopię w podczerwieni do identyfikacji niektórych związków, takich jak tłuszcz, cukier, woda lub białka w żywności, medycynie, a nawet w organizmie ludzkim, i analizuje je w czasie rzeczywistym, natychmiast dostarczając konsumentom i firmom istotnych i przydatnych informacji.

Szersze wykorzystanie spektroskopii w bliskiej podczerwieni dopiero się rozpoczyna, otwierając nowe obszary zastosowań zarówno dla użytkowników indywidualnych, jak i dla profesjonalistów. W przyszłości może być ona wykorzystana np. we wdrażaniu inteligentnych rozwiązań dla rolnictwa. Rolnicy będą mogli określić właściwy czas zbiorów skanując owoce, warzywa lub zboża za pomocą NIRED i spektrometru zainstalowanego w smartfonie lub tablecie, który następnie dostarczy wiarygodnych informacji na temat jakości plonów.