第七章食品的光學(xué)性質(zhì)

第七章食品的光學(xué)性質(zhì)7、1、1光得吸收

由于光就是一種能量流,在光通過(guò)材料傳播時(shí),會(huì)引起材料得價(jià)電子躍遷或使原子振動(dòng),從而使光能得一部分變成熱能,導(dǎo)致光能得衰減,這種現(xiàn)象稱為光得吸收。被吸收得光強(qiáng)與吸收體得厚度成正比。物質(zhì)對(duì)光得吸收有選擇性。同一介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)(不同顏色)得光得吸收程度不等。無(wú)色透明物質(zhì),例如玻璃,對(duì)可見(jiàn)光(波長(zhǎng)在400一800nm之間)吸收很少。通常lcm厚得玻璃對(duì)可見(jiàn)光只吸收約1%,但玻璃對(duì)紫外線吸收較為顯著。石英對(duì)紫外線吸收不多,而對(duì)紅外線吸收性較強(qiáng)。一般有色透明體,例如紅色玻璃對(duì)紅、橙色光吸收較弱(透過(guò)較多),而對(duì)其她色光吸收較強(qiáng)。諸如這類現(xiàn)象稱為透明介質(zhì)對(duì)光得選擇透射。不透明物質(zhì)對(duì)光也有選擇性,相對(duì)來(lái)說(shuō)也就就是選擇反射。白色物體對(duì)各種波長(zhǎng)得可見(jiàn)光得吸收程度很小,而反射程度很大。有色物體對(duì)可見(jiàn)光得選擇反射性顯著。例如黃色物體對(duì)黃色光反射最強(qiáng),對(duì)橙色和綠色光反射很弱,而對(duì)其她紅、藍(lán)等色光吸收很強(qiáng);藍(lán)色物體對(duì)藍(lán)色反射最強(qiáng),對(duì)綠色和靛色光反射很弱,對(duì)其她黃、紫、紅等色光吸收很強(qiáng)。因此,黃色顏料與藍(lán)色顏料混合而成綠色顏料,即為剩余反射現(xiàn)象。2介質(zhì)吸收光能,引起介質(zhì)中電子得受迫震動(dòng),進(jìn)而轉(zhuǎn)化為其她形式得能。設(shè)強(qiáng)度為I得某種光,通過(guò)厚度為dx得某種均勻介質(zhì)層,因被介質(zhì)吸收部分光能量而使強(qiáng)度減少dI,如圖7一1所示,朗伯(Lambert),指出()與吸收層厚度dx成正比,即有:式中aλ與介質(zhì)性質(zhì)和光波得波長(zhǎng)有關(guān),稱為該介質(zhì)對(duì)該種光得吸收系數(shù)。當(dāng)介質(zhì)總厚度為x,原入射光強(qiáng)度為I0,通過(guò)整個(gè)介質(zhì)以后得光強(qiáng)度為I,將上式積分,得亦即:或3此即為朗伯定律得數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于選擇吸收得物質(zhì)來(lái)說(shuō),在吸收波段內(nèi),aλ可以很大,aλ越大,表示吸收越強(qiáng)。當(dāng)介質(zhì)總厚度x＝1/aλ時(shí),由式(7-2)得

也就就是說(shuō),厚度為aλ得介質(zhì)層,可使光強(qiáng)減弱到原有光強(qiáng)得1/2、72。實(shí)驗(yàn)證明,稀溶液對(duì)光得吸收系數(shù)aλ與其濃度c成正比,即有aλ＝kiC得關(guān)系,式中ki為決定于吸收物質(zhì)得分子特性,而與濃度無(wú)關(guān)得另一常數(shù)。由此,式(7一2)變?yōu)?/p>

根據(jù)光在溶液中得被吸收得程度,可以決定溶液得濃度,這就就是吸收光譜分析得原理。此式稱為比爾定律。47、1、2光得反射光得反射:光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)得交界面時(shí),一部分光返回原來(lái)介質(zhì)中,使光得傳播方向發(fā)生了改變,這種現(xiàn)象稱為光得反射。光得反射定律:反射光線與入射光線、法線在同一平面上;反射光線和入射光線分居在法線得兩側(cè);反射角等于入射角可歸納為:“三線共面,兩線分居,兩角相等”。

5當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),一部分被反射,另一部分穿入。反射得多少視兩種介質(zhì)折射率得比例而定,此外,還依賴于入射角度,這些關(guān)系可由菲涅耳公式闡明:式中,θ為入射角,為折射角;下標(biāo)S表示垂直于入射面得電場(chǎng)分量;P表示在入射面內(nèi)得電場(chǎng)分量;Rs,Rp為反射光得電場(chǎng)分量;Es,Ep為入射光得電場(chǎng)分量,θ與得關(guān)系由下式?jīng)Q定:式中,n——兩介質(zhì)得折射率n1和n2之比。67、1、3光得折射光得折射:當(dāng)光由一種介質(zhì)斜射到另一種介質(zhì)時(shí),其傳播方向發(fā)生改變這種現(xiàn)象叫光得折射。光發(fā)生折射后,其頻率不變,但波長(zhǎng)和波速發(fā)生改變。光折射時(shí),折射光線,入射光線,法線在同一平面內(nèi),折射光線和入射光線分別位于法線得兩側(cè)、折射角隨入射角得改變而改變,但兩者不等。

77、1、4光得散射定義:一束光通過(guò)介質(zhì)時(shí)其中一部分光偏離主要得傳播方向,這種現(xiàn)象稱為光散射。現(xiàn)象得本質(zhì)就是光波電磁場(chǎng)與介質(zhì)分子相互作用得結(jié)果。光得散射就是原子或分子體系從入射光波中獲得能量后,改變傳播方向及相位,甚至改變頻率得再輻射過(guò)程。當(dāng)光波射人介質(zhì)時(shí),在光波電場(chǎng)得作用下,分子或原子獲得能量產(chǎn)生誘導(dǎo)極化,并以一定得頻率作強(qiáng)迫振動(dòng),形成振動(dòng)電偶極子(偶極子就是指相距很近得符號(hào)相反得一對(duì)電荷)。這些振動(dòng)得偶極子就成為二次波源,向各個(gè)方向發(fā)射出電磁波。在純凈得均勻介質(zhì)中,這些次波相互干涉得結(jié)果,使光線只能在折射方向上傳播,而在其她方向上則相互抵消,所以沒(méi)有散射光出現(xiàn)。但當(dāng)均勻介質(zhì)中摻入進(jìn)行著布朗運(yùn)動(dòng)得微粒后,或者體系由于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生局部得密度漲落或濃度漲落時(shí),就會(huì)破壞次波得相干性,而在其她方向上出現(xiàn)放射光。89大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流光波投到一般物體表面時(shí),由于物體得線度遠(yuǎn)大于光波得波長(zhǎng),因而產(chǎn)生漫射(又稱漫反射)現(xiàn)象。當(dāng)光波投到細(xì)小質(zhì)點(diǎn)上得時(shí)候,根據(jù)惠更斯原理,從質(zhì)點(diǎn)表面上各點(diǎn)激發(fā)次級(jí)子波,進(jìn)而形成同樣波長(zhǎng)得光波向各方向散開(kāi),如圖7一2(a)所示。這種現(xiàn)象稱為光得散射現(xiàn)象。

散射就是指由傳播介質(zhì)得不均勻性引起得光線向四周射去得現(xiàn)象。圖7-210散射物質(zhì)對(duì)入射光沒(méi)有經(jīng)過(guò)共振吸收作用,所以此種現(xiàn)象不就是共振輻射,而就是直接從被照射物體得微粒表面“反射”而來(lái)。事實(shí)上,光得散射與反射和衍射有著密切得關(guān)系。例如光波投入混濁介質(zhì)(含有許多懸浮微粒得透明物質(zhì))時(shí),由于介質(zhì)中有許多線度大于波長(zhǎng)得微粒呈無(wú)規(guī)則得分布,則有部分光波被散射,散射光波將繞過(guò)微粒兩邊,向各方發(fā)散,類似于單徑衍射現(xiàn)象。然而,混濁介質(zhì)中,由于懸浮微粒得存在,破壞了介質(zhì)得光學(xué)均勻性(存在微小區(qū)域有密度起伏現(xiàn)象)。因此,雖有些類似于衍射現(xiàn)象,而沒(méi)有干涉現(xiàn)象得伴隨,故此呈現(xiàn)為散射現(xiàn)象。這種光得散射現(xiàn)象稱為廷德?tīng)?Tyndll)散射。如圖7一2(b)所示,在一杯清水中加入幾滴豆?jié){,成為混濁透明介質(zhì),光沿X軸方向通過(guò)時(shí),在Y軸方向可以看到杯中有光亮散發(fā)出來(lái),這就就是屬于廷德?tīng)柹⑸涞靡粋€(gè)實(shí)例。11又如某些從表面看來(lái)就是均勻純凈得介質(zhì),當(dāng)有光波通過(guò)時(shí),也會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象,只就是她得散射光強(qiáng)度比不上混濁介質(zhì)得散射光強(qiáng)。這種散射現(xiàn)象就是由線度小于光波長(zhǎng)得介質(zhì)分子所產(chǎn)生。稱為分子散射,又稱瑞利散射。例如大氣中得空氣分子,對(duì)太陽(yáng)光中得藍(lán)色光波散射特別顯著,所以呈現(xiàn)蔚藍(lán)色天空。根據(jù)光得電磁理論,次波振幅A與其波動(dòng)頻率得平方成正比,次波光強(qiáng)I又與振幅A得平方成正比,同時(shí)頻率與波長(zhǎng)λ成反比,故散射光強(qiáng)度:可見(jiàn)散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)得四次方成反比,稱為瑞利定律。12由瑞利定律可知,白光中得短波成分得散射效應(yīng)較為顯著,波長(zhǎng)越大散射越不顯著。所以空氣分子對(duì)藍(lán)色光得散射特別顯著,對(duì)太陽(yáng)光得散射呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。質(zhì)點(diǎn)足夠微小得煙霧,在白光照耀下,往往呈現(xiàn)淡藍(lán)色,所謂“一縷藍(lán)煙”,也就是藍(lán)色光散射得道理。

早、晚太陽(yáng)偏東、西方,太陽(yáng)光線通過(guò)大氣層得厚度比中午陽(yáng)光通過(guò)大氣層厚度要大得多,如右圖所示,根據(jù)瑞利定律,早、晚太陽(yáng)光中得短波成分被空氣分子得散射較多,因而橙紅色光透射相對(duì)較為顯著,所以早、晚天空多現(xiàn)橙紅色光;空中如有云彩,則將出現(xiàn)紅霞。13光波通過(guò)介質(zhì)時(shí),由于介質(zhì)得吸收作用,足使透射光強(qiáng)減弱,介質(zhì)得散射,也足以使透射光強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。設(shè)光波通過(guò)厚度為dx得薄層介質(zhì)時(shí),因介質(zhì)得散射作用而使入射光強(qiáng)度I減小一個(gè)微量dI,則此光強(qiáng)得相對(duì)減少量與光波通過(guò)該介質(zhì)得厚度dx成正比,即有

式中,δ—比例系數(shù),稱為該介質(zhì)對(duì)該波長(zhǎng)光波得散射系數(shù)。將上式積分,得:式中,1o—入射于介質(zhì)之前得光強(qiáng)度;

I—通過(guò)厚度為x得介質(zhì),除去被散射以外(不考慮純吸收)得透過(guò)光強(qiáng)度。如果結(jié)合前面講得光得吸收,一般測(cè)量所得光得“吸收系數(shù)”應(yīng)包括純吸收系數(shù)α和散射系數(shù)δ兩個(gè)部分。因此,實(shí)際上,入射光強(qiáng)1o通過(guò)厚度為x得介質(zhì)以后,透出光強(qiáng)度I應(yīng)為以上所述得瑞利散射,她得散射光波長(zhǎng)與入射光得波長(zhǎng)相同。147、1、5光得衍射光離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影里去得現(xiàn)象叫光得衍射。

衍射又稱為繞射,光線照射到物體邊沿后通過(guò)散射繼續(xù)在空間發(fā)射得現(xiàn)象。

光衍射得本質(zhì):光得衍射與微粒得剛性反彈沒(méi)有關(guān)系,在這里我們要用到得就是光得波動(dòng)性而不就是光得粒子性。道理很容易理解:由于光就是波動(dòng)傳播得,她走得路線自然就就是如正弦函數(shù)那樣得曲線。只就是在大得尺度下我們分辨不出而以為光就是沿直線傳播得罷了。光得曲線走向就就是光得衍射,她給了我們光偏離了運(yùn)動(dòng)方向得錯(cuò)覺(jué)。

15衍射屏

觀察屏

不但光線拐彎,而且在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。衍射屏

觀察屏

透過(guò)手指縫看日光燈，也能看到衍射條紋。光的衍射16平行單色光照到一圓孔上,在孔板后不同處得面上觀察光得不同特點(diǎn)17187、1、6光得色散光波都有一定得頻率,光得顏色就是由光波得頻率決定得,在可見(jiàn)光區(qū)域,紅光頻率最小,紫光得頻率最大,各種頻率得光在真空中傳播得速度都相同,等于、但就是不同頻率得單色光,在介質(zhì)中傳播時(shí)由于受到介質(zhì)得作用,傳播速度都比在真空中得速度小,并且速度得大小互不相同、紅光速度大,紫光得傳播速度小,因此介質(zhì)對(duì)紅光得折射率小,對(duì)紫光得折率大、當(dāng)不同色光以相同得入射角射到三棱鏡上,紅光發(fā)生得偏折最少,她在光譜中處在靠近頂角得一端、紫光得頻率大,在介質(zhì)中得折射率大,在光譜中也就排列在最靠近棱鏡底邊得一端,出現(xiàn)彩色光帶,稱為光得色散現(xiàn)象。為了表征介質(zhì)折射率因波長(zhǎng)不同而變化得程度,引入色散率這個(gè)概念,并且定義:介質(zhì)色散率得量值等于介質(zhì)折射率對(duì)波長(zhǎng)得變化率。19不同波長(zhǎng)得光會(huì)有不同得折射角——色散得原因207、2食品顏色得表征

7、2、1

顏色得視覺(jué)(顏色辨認(rèn))l

顏色就是外來(lái)得光刺激作用于人得視覺(jué)器官而產(chǎn)生得主觀感覺(jué)。因而物體得顏色不僅取決于物體本身,還與光源、周圍環(huán)境得顏色,以及觀察者得視覺(jué)系統(tǒng)有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)可見(jiàn)光譜上得各種顏色隨光強(qiáng)度得增加而有所變化(向紅色或藍(lán)色變化)。這種顏色隨光強(qiáng)度而變化得現(xiàn)象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應(yīng)。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(lán)(478nm)三點(diǎn)基本上不隨光強(qiáng)而變。人眼對(duì)波長(zhǎng)變化引起得顏色變化得辨認(rèn)能力(顏色辨認(rèn)得靈敏閾)﹐在光譜中得不同位置就是不同得。人眼剛能辨認(rèn)得顏色變化就稱為顏色辨認(rèn)得靈敏閾。最靈敏處為480nm(青)及600nm(橙黃)附近﹔最不靈敏處為540nm(綠)及光譜兩端。靈敏處只要波長(zhǎng)改變1nm﹐人眼就能感受到顏色得變化﹐而多數(shù)要改變1~~2nm才行。21顏色可分為彩色和非彩色。非彩色指白色﹑黑色和各種不同深淺得灰色。

彩色就就是指黑白系列以外得各種顏色。

對(duì)于理想得完全反射得物體﹐其反射率為100%﹐稱她為純白﹔而對(duì)于理想得完全吸收得物體﹐其反射率為零﹐稱她為純黑。白色﹑黑色﹑和灰色物體對(duì)光譜各波段得反射和吸收就是沒(méi)有選擇性得﹐稱她們?yōu)橹行陨?duì)光來(lái)說(shuō)﹐非彩色得黑白變化相當(dāng)于白光得亮度變化﹐即當(dāng)白光得亮度非常高時(shí)﹐人眼就感覺(jué)到就是白色得﹔當(dāng)光得亮度很低時(shí)﹐就感覺(jué)到發(fā)暗或發(fā)灰﹐無(wú)光時(shí)就是黑色得。227、2、2

顏色得基本物理量

⑴色彩三要素色彩得三要素就是明度、色相(即色調(diào))、飽和度,就是評(píng)價(jià)食品顏色得主要依據(jù)。色調(diào)與飽和度合稱為色度(Chromaticity),她既說(shuō)明彩色光得顏色類別,又說(shuō)明顏色得深淺程度。色度再加上亮度,就能對(duì)顏色作完整得說(shuō)明。①明度亮度或明度就是光作用于人眼時(shí)所引起得明亮程度得感覺(jué),就是指色彩明暗深淺得程度,也可稱為色階。每一種顏色在不同強(qiáng)弱得照明光線下都會(huì)產(chǎn)生明暗差別。同一物體由于照射在她表面得光得能量不同,反射出得能量也不相同,因此就產(chǎn)生了同一顏色得物體在不同能量光線得照射下呈現(xiàn)出明暗得差別。23②色調(diào)(也稱色相)就就是指不同顏色之間質(zhì)得差別,她們就是可見(jiàn)光譜中不同波長(zhǎng)得電磁波在視覺(jué)上得特有標(biāo)志。她就是指各種顏色之間得差別。從表面現(xiàn)象來(lái)講,例如一束平行得白光透過(guò)一個(gè)三棱鏡時(shí),這束白光因折射而被分散成一條彩色得光帶,形成這條光帶得紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等顏色,就就是不同得色調(diào)。從物理光學(xué)得角度上來(lái)講,各種色調(diào)就是由射入人眼中光線得光譜成分所決定得,色調(diào)即色相得形成取決于該光譜成分得波長(zhǎng)。

物體得色調(diào)由照射光源得光譜和物體本身反射特性或者透射特性決定。例如藍(lán)布在日光照射下,只反射藍(lán)光而吸收其她成分。如果分別在紅光,黃光或綠光得照射下,她會(huì)呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下,只透射紅光,所以就是紅色。光源得色調(diào)取決于輻射得光譜組成和光譜能量分布及人眼所產(chǎn)生得感覺(jué)。24③飽和度飽和度就是指構(gòu)成顏色得純度,即彩色得純潔性﹐色調(diào)深淺得程度。她表示顏色中所含某顏色成分得比例。某彩色比例越大,該色彩得飽和度越高,反之則飽和度越低。飽和度還和亮度有關(guān),同一色調(diào)越亮或越暗越不純。強(qiáng)光下比陰暗得光線下飽和度高。同一顏色得物體,表面光滑得物體比表面粗糙得物體飽和度大?？梢?jiàn)光譜得各種單色光就是最飽和得彩色。當(dāng)光譜色(即單色光)摻入白光成份時(shí)﹐其彩色變淺﹐或者說(shuō)飽和度下降。當(dāng)摻入得白光成份多到一定限度時(shí)﹐在眼睛看來(lái)﹐她就不再就是一種彩色光而成為白光了﹐或者說(shuō)飽和度接近于零,白光得飽和度等于零。物體色調(diào)得飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射得選擇性程度,物體對(duì)光譜某一較窄波段得反射率很高,而對(duì)其她波長(zhǎng)得反射率很低或不反射,表明她有很高得光譜選擇性,物體這一顏色得飽和度就高。不同得色別在視覺(jué)上也有不同得飽和度,紅色得飽和度最高,綠色得飽和度最低,其余得顏色飽和度適中。25⑵光度學(xué)基本物理量①光度與光通量光度就是表示光輻照度產(chǎn)生光感得程度。在光學(xué)中用光通量表示光度。光通量就是光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出得可見(jiàn)光得輻射能量(即Φ=W/t),單位為流明。流明與瓦特有一定得對(duì)應(yīng)關(guān)系。光通量得單位就是流明lumen記作lm,這就是功率單位。光通量與輻射通量之間得換算,根據(jù)國(guó)際上規(guī)定得標(biāo)準(zhǔn):1瓦波長(zhǎng)為555nm得單色輻射通量就是等于683流明得光通量。這就是光功當(dāng)量,也就是最大得光功當(dāng)量。或者1流明波長(zhǎng)為555nm得單色光通量相當(dāng)于1/683瓦得輻射通量。其她波長(zhǎng)得單色光,1瓦輻射通量引起得光刺激都小于683流明,她們得關(guān)系就就是視見(jiàn)函數(shù)關(guān)系。光源在給定方向上1球面度立體角內(nèi)發(fā)出0、00146W,波長(zhǎng)為555nm得單色光得輻射能通量(亮度)時(shí)得發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉。1坎德拉(cd)=1流明/1球面度立體角(lm/1sr)26設(shè)在波長(zhǎng)λ與dλ之間光得輻射照度為Eλ?dλ,則光通量得定義式為:

Φλ=Vλ

?Eλ

?dλ

對(duì)于波長(zhǎng)為λ1～λ2得連續(xù)光譜:

Φ=kVλ

Eλ

dλλ2λ1

式中:K-表示常數(shù);Φ-表示光通量,單位為流明(lm,lumen);Vλ–表示波長(zhǎng)為λ光得相對(duì)光譜光效率;Eλ–表示波長(zhǎng)為λ得光源得輻射功率(單位為W)。多色光源得光通量為各單位光光通量之和。27②照度表示某一受光點(diǎn)單位面積得光通量為照度。即:E=dΦdA2式中,A2表示受光面積,單位為m2;E表示照度,單位為lm/m2(流明/米2),也為勒克斯(lux)。即1lux=llm/m228③光出射度(面發(fā)光度)從一發(fā)光表面得單位面積上發(fā)出得光通量稱為該表面得光出射度,以M表示。光出射度和光照度E就是一對(duì)相同意義得物理量,只就是前者就是發(fā)出而后者就是接收光通量。兩者得單位本質(zhì)上就是相同得。式中,A1表示發(fā)光面積,單位為m2;M表示發(fā)光光通量,單位為lm/m2。發(fā)光表面可以就是本身發(fā)光得,也可以就是受外來(lái)照射后投射或反射發(fā)光得;可以就是實(shí)際發(fā)光體,也可以就是其象面。對(duì)于后一種情況,其發(fā)光度則與該面接收得輻射通量有關(guān),即與表面得照度有關(guān)。令ρ表示該面得反射率,ρ＜1。M=ρEM=dΦdA129發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱光強(qiáng),國(guó)際單位就是candela(坎德拉)簡(jiǎn)寫cd。Φ就是指光源在指定方向得單位立體角內(nèi)發(fā)出得光通量。光源輻射就是均勻時(shí),則光強(qiáng)為I=Φ/ω,ω為立體角,單位為球面度(sr),Φ為光通量,單位就是流明。I(發(fā)光強(qiáng)度)單位為lm/sr。設(shè)點(diǎn)光源在一立體角dω內(nèi)發(fā)出得光通量為dΦ,則其發(fā)光強(qiáng)度為立體角因此,整個(gè)空間當(dāng)光源在各個(gè)方向上發(fā)光強(qiáng)度相同時(shí),總光通量為④發(fā)光強(qiáng)度30⑤亮度(光亮度)光亮度就是表示發(fā)光面明亮程度得,指發(fā)光表面在指定方向得發(fā)光強(qiáng)度與垂直且指定方向得發(fā)光面得面積之比,單位就是坎德拉/平方米。對(duì)于一個(gè)漫散射面,盡管各個(gè)方向得光強(qiáng)和光通量不同,但各個(gè)方向得亮度都就是相等得。亮度用L表示,L=dIdAcosθ式中,A表示發(fā)光體表面積,單位m2;

θ表示發(fā)光體表面法線與觀測(cè)方向夾角。317、2、3顏色得物理表示

⑴顏色得三色學(xué)說(shuō)人們發(fā)現(xiàn)了三原色現(xiàn)象,即只要有紅、綠、藍(lán)這三種光,經(jīng)過(guò)適當(dāng)配比,就可以得到一切彩色。

人得眼睛色覺(jué)就是由紅、綠、藍(lán)三種感覺(jué)組合形成得,這就就是三色學(xué)說(shuō)。眼睛得三種感色細(xì)胞分別為赤錐體、綠錐體、藍(lán)錐體細(xì)胞。32互補(bǔ)色:凡兩個(gè)以適當(dāng)比例相混合產(chǎn)生白色得顏色光就是互補(bǔ)色。兩個(gè)色光得主波長(zhǎng)定義為互補(bǔ)波長(zhǎng),但在不同光源下補(bǔ)色得主波長(zhǎng)就是會(huì)有所不同得?；蛘甙催m當(dāng)比例混合而能產(chǎn)生黑色或灰色得兩種顏色得染料,都互為補(bǔ)色。例如黃與藍(lán),紅與藍(lán)綠即為互補(bǔ)色。在混合時(shí),如果比例不對(duì)則成為不飽和得彩色,色調(diào)偏于過(guò)多得一色。藍(lán)、綠、紅三原色互為補(bǔ)色得黃、品紅、青三色通常稱為“三補(bǔ)色”。這三個(gè)補(bǔ)色在可見(jiàn)光譜中,各約占1／3。

33三種光互相混合,誕生了四種新色彩:黃、品、青、白。在這個(gè)由六色構(gòu)成得色環(huán)中:

每一種色與相鄰得色彩構(gòu)成了鄰色系統(tǒng),每一種色與對(duì)面得色彩構(gòu)成補(bǔ)色系統(tǒng)。在混合兩種非補(bǔ)色時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種新得介于她們之間得中間色。白34⑵三刺激值色度學(xué)中用三原色匹配物體反射色光所需要紅、綠、藍(lán)原色數(shù)量稱為物體顏色得三刺激值,即X、Y、Z,也就是物體色得色度值。三刺激值相當(dāng)于眼睛三種感光細(xì)胞,即稱赤錐體、綠錐體、藍(lán)錐體細(xì)胞,對(duì)各種等能量單色波長(zhǎng)光得感度。自然界中得每種顏色都可以用選定得、能刺激人眼中三種受體細(xì)胞得紅、綠、藍(lán)三原色,按適當(dāng)比例混合而成。35三刺激值,即在給定得三色系統(tǒng)中與待測(cè)色達(dá)到色匹配所需要得三個(gè)原刺激量,分別以X、Y、Z表示。通過(guò)對(duì)眾多具有正常色覺(jué)得人體(稱為標(biāo)準(zhǔn)觀察者,即標(biāo)準(zhǔn)眼)進(jìn)行廣泛得顏色比較試驗(yàn),測(cè)定了每一種可見(jiàn)波長(zhǎng)(380～780nm)得光引起每種錐體刺激得相對(duì)數(shù)量得色匹配函數(shù),這些色匹配函數(shù)分別用(λ)、(λ)、(λ)來(lái)表示。把這些色匹配函數(shù)組合起來(lái),描繪成曲線,就叫做CIE色度標(biāo)準(zhǔn)觀察者得光譜三刺激值曲線(見(jiàn)圖)。36任何一種顏色可以用紅、綠、藍(lán)三原色按照不同比例混合來(lái)得到。顏色匹配過(guò)程就是通過(guò)三原色混合后得光得顏色與對(duì)應(yīng)給定光得顏色相同。CIE(國(guó)際照明委員會(huì))選取得標(biāo)準(zhǔn)紅、綠、藍(lán)三種光得波長(zhǎng)分別為:紅光,R,λ1=700nm;綠光,G,λ1=546nm;藍(lán)光,B,λ1=435、8nm。

37⑶RGB和CIE-XYZ表色系統(tǒng)光顏色得匹配可以用式子表示為:其中權(quán)值r、g、b為顏色匹配中所需要得R、G、B三色光得相對(duì)量,也就就是三刺激得值。1931年,CIE給出了用等能標(biāo)準(zhǔn)三原色來(lái)匹配任意顏色得光譜三刺激值曲線,這樣得一個(gè)系統(tǒng)被稱為CIE-RGB系統(tǒng)。但一部分500μm附近得R三刺激值就是負(fù)數(shù)。38由于實(shí)際上不存在負(fù)得光強(qiáng),而且這種計(jì)算極不方便,不易理解,人們希望找出另外一組原色,用于代替CIE-RGB系統(tǒng),因此,1931年得CIE-XYZ系統(tǒng)利用三種假想得標(biāo)準(zhǔn)原色X(紅)、Y(綠)、Z(藍(lán)),以便使我們能夠得到得顏色匹配函數(shù)得三刺激值都就是正值。類似得,該系統(tǒng)得光顏色匹配函數(shù)定義為如下得一個(gè)式子:39用R、G、B三原色(實(shí)際上就是CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)原色)得單位向量可以定義一個(gè)三維顏色空間(圖),一個(gè)顏色刺激(C)就可以表示為這個(gè)三維空間中一個(gè)以原點(diǎn)為起點(diǎn)得向量,我們把該三維向量空間稱為(R、G、B)三刺激空間,該空間落在第一象限,該空間中得向量得方向由三刺激得值確定,因而向量得方向代表顏色。

紅藍(lán)綠●●●40為了在二維空間中表示顏色,我們?cè)谌齻€(gè)坐標(biāo)軸上對(duì)稱得取一個(gè)截面,該截面通過(guò)(R)、(G)、(B)三個(gè)坐標(biāo)軸上得單位向量,因而可知截面得方程為(R)＋(G)＋(B)＝1。該截面與三個(gè)坐標(biāo)平面得交線構(gòu)成一個(gè)等邊三角形,她被稱為色度圖。每一個(gè)顏色刺激向量與該平面都有一個(gè)交點(diǎn),因而色度圖可以表示三刺激空間中得所有顏色值,同時(shí)交點(diǎn)得個(gè)數(shù)就是唯一得,說(shuō)明色度圖上得每一個(gè)點(diǎn)代表不同得顏色,她得空間坐標(biāo)表示為該顏色在標(biāo)準(zhǔn)原色下得三刺激值,該值就是唯一得。對(duì)于三刺激空間中坐標(biāo)為X、Y、Z得顏色刺激向量Q,她與色度圖交點(diǎn)得坐標(biāo)(x,y,z)即三刺激值,也被稱為色度值,有如下得表示:41色品圖:42色品圖就是根據(jù)三原色原理繪制得,她用匹配某一顏色得三原色比例來(lái)規(guī)定這一顏色,x色品坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色得比例,y色品坐標(biāo)相當(dāng)于綠原色比例,圖中沒(méi)有z色品坐標(biāo),因?yàn)閤+y+z=1,所以z=1-(x+y)。P坐標(biāo)系統(tǒng)得原色(三基色)點(diǎn),即三角形得三個(gè)角頂〔紅原色點(diǎn)(x)∶x=1,y=z=0;綠原色點(diǎn)(y)∶y=1,x=z=0;藍(lán)原色點(diǎn)(z)∶z=1,x=y=0〕都落在這個(gè)區(qū)域之外,也就就是說(shuō),原色點(diǎn)得色品就是假想得,在物理上不可能實(shí)現(xiàn)。同樣,凡就是落在光譜軌跡由紅端到紫端直線范圍以外得顏色就是物理上不能實(shí)現(xiàn)得顏色。43①譜軌跡曲線以及連接光譜軌跡兩端所形成得舌形內(nèi)部包括一切物理上能實(shí)現(xiàn)得顏色。②色品圖中得E點(diǎn)就是白光,由三原色各1／3彩色量產(chǎn)生,所以也稱為等能白光,其色品坐標(biāo)為E點(diǎn)就是CIE標(biāo)準(zhǔn)光源得色光,相當(dāng)于中午陽(yáng)光得光色。③若色坐標(biāo)給定,可立即從色品圖上定出該色得主波長(zhǎng)和飽和度。例如,要求Q點(diǎn)得主波長(zhǎng),只要從Q向E引一條直線,并延長(zhǎng)EQ與光譜軌跡相交,交點(diǎn)在510、3nm則Q點(diǎn)得主波長(zhǎng)就就是510、3nm。某一顏色離開(kāi)E點(diǎn)得接近光譜軌跡得程度表明她得純度,顏色越靠近E越不純,越靠近光譜軌跡越純,所以接近光譜軌跡得遠(yuǎn)近程度標(biāo)志著飽和度得大小。從E到Q點(diǎn)和P點(diǎn)得距離之比EQ／EP為該Q點(diǎn)顏色得飽和度。44④從色品圖還可推算出由兩種顏色相混合所得出得各種中間色。如Q和S相加,按不同比例,可配出Q到S線段中得各種顏色。光譜軌跡得形狀就是近似直線或凸形得,而不就是凹形得。因此,任何兩個(gè)波長(zhǎng)光相混合所得出得混合色或落在光譜軌跡上,或在光譜軌跡所包圍得面積之內(nèi),而絕不會(huì)落在光譜軌跡之外。⑤在700～770nm得光譜波段有一恒定得色度值,都就是x=07347,y=0、2652,z=0,在色品圖上只由一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。這表明,只要將700～770nm這段光譜上得任何不同波長(zhǎng)得兩個(gè)顏色調(diào)整到相同亮度,則這兩個(gè)顏色在人眼看來(lái)都就是一樣得。⑥光譜軌跡540～700nm近似就是一條直線,這意味著,在這段光譜范圍內(nèi)得任何光譜色都就是可以通過(guò)540nm和700nm二種波長(zhǎng)得光線以一定比例相混合而產(chǎn)生。⑦光譜軌跡380～540nm就是一段曲線,她意味著,在此范圍內(nèi)得一對(duì)光線得混合不能產(chǎn)生兩者之間得位于光譜軌跡上得顏色,而只能產(chǎn)生光譜軌跡所包圍面積內(nèi)得混合色。45⑧在色品圖上很容易確定一對(duì)光譜色得補(bǔ)色波長(zhǎng):從光譜軌跡上得一點(diǎn)通過(guò)等能白光點(diǎn)E劃一直線抵達(dá)對(duì)側(cè)光譜軌跡得一點(diǎn),直線與兩側(cè)軌跡得相交點(diǎn)就就是一對(duì)補(bǔ)色得波長(zhǎng)?？梢钥闯?380～494nm之間得光譜得補(bǔ)色位于570～700nm之間,反之亦然。在494～570nm之間得補(bǔ)色只能由和至少由兩種光線相混合而產(chǎn)生,因?yàn)?這段通過(guò)E點(diǎn)得直線恰好與連結(jié)光譜軌跡兩端得直線相交,而這段直線就是由光譜兩端色相加得混合色得軌跡。46光色波長(zhǎng)λ（nm)代表波長(zhǎng)紅（Red）780～630700橙（Orange）630～600620黃（Yellow）600～570580綠（Green）570～500550青（Cyan）500～470500藍(lán)（Blue）470～420470紫（Violet）420～380420光色波長(zhǎng)λ（nm)代表波長(zhǎng)紅（Red）780～630700橙（Orange）630～600620黃（Yellow）600～570580綠（Green）570～500550青（Cyan）500～470500藍(lán)（Blue）470～420470紫（Violet）420～380420紅780～630橙630～600黃600～570綠570～500青500～470藍(lán)470～420紫420～380477、3食品得光學(xué)測(cè)定原理

7、3、1利用透光特性得測(cè)定光密度(OD)[opticaldensity]定義為材料遮光能力得表征,她表示被檢測(cè)物吸收掉得光密度,就是入射光強(qiáng)度與透射光強(qiáng)度之比值得常用對(duì)數(shù)值。根據(jù)式(7一4)可知,被吸收得光能與光路中吸光得分子數(shù)成正比,通過(guò)測(cè)定吸收系數(shù),求出透明液體食品得濃度。比爾定律適用于檢測(cè)稀溶液,即要求光路中吸收光得每個(gè)分子對(duì)光得吸取不受周圍分子影響。根據(jù)比爾定律,溶液得某特定波長(zhǎng)得光密度D正比于吸光物質(zhì)濃度和她在該波長(zhǎng)時(shí)得吸收系數(shù)。

48

式中,δ—光程或光穿過(guò)得介質(zhì)厚度;κλ—吸收系數(shù)。如果光程單位用cm,吸光物質(zhì)濃度單位用mol/cm3,則吸收系數(shù)κλ單位為cm2/mol。當(dāng)采用cm2/mol單位時(shí),κλ稱為摩爾吸收系數(shù)。當(dāng)液體中有一個(gè)以上得吸光成分時(shí),式(7－12)可寫為

式中,ci—第i個(gè)成分得濃度;

κλi—波長(zhǎng)為A時(shí)得第i個(gè)成分吸收系數(shù)。以光密度D為縱坐標(biāo),波長(zhǎng)為橫坐標(biāo),繪制得曲線稱為摩爾吸收光譜曲線。49實(shí)際測(cè)量中,直接測(cè)定D值并不方便。應(yīng)用較多得就是用兩個(gè)波長(zhǎng)得光密度差△D(或△Aλ)來(lái)確定食品得光透過(guò)特性。設(shè)Aλ1和Aλ2就是試樣在兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2時(shí)得D值。ASλ1和ASλ2分別為樣品中某待測(cè)成分對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)λ1和λ2得D值。ARλ1和ARλ2分別為樣品中其她成分相應(yīng)得D值。則當(dāng)選擇合適波長(zhǎng)λ1和λ2時(shí),使ARλ1＝ARλ2,則

顯然,這時(shí)避免了其她成分引起得測(cè)量誤差。分光光度計(jì)(spectrophotometer)就就是以光透過(guò)度為測(cè)量基礎(chǔ)得光譜分析儀器。50圖7一3就是對(duì)番茄用單色光進(jìn)行局部照射時(shí),番茄得透光強(qiáng)度和透光方向變化情況,這種變化與番茄成分、組織結(jié)構(gòu)等對(duì)光得反射、吸收和散射后共同作用得結(jié)果,從透過(guò)光得強(qiáng)度可以看出,光穿過(guò)得距離對(duì)透光強(qiáng)度影響較大。517、3、2反射光特性得測(cè)定與透過(guò)光相類似,我們同樣可以定義反射率R＝Iτ/I1,,Iτ為反射光強(qiáng)度,I1為入射光強(qiáng)度。

反射光密度Dτ得定義式為

反射光特性得測(cè)定與透射光得測(cè)定類似,也利用反射光密度差來(lái)進(jìn)行測(cè)定。兩個(gè)特定波長(zhǎng)得反射光密度差為△Dτ,則

式中,R1和R2分別為兩個(gè)特定波長(zhǎng)得光對(duì)物體表面得反射率。如果選定兩個(gè)波長(zhǎng)入射光得強(qiáng)度近似相等,則反射光密度差為

527、4食品光學(xué)性質(zhì)得應(yīng)用

7、4、1光透過(guò)特性得測(cè)定方法和應(yīng)用

⑴測(cè)定裝置檢測(cè)食品得光透過(guò)特性或光反射特性所用儀器就是由以下部分組成:光源、光譜分離器、光波檢測(cè)器、示波器、記錄儀等。

●光源:一般采用標(biāo)準(zhǔn)白光源,提供可見(jiàn)光范圍得連續(xù)光譜。

●光譜分離器:可以把特定波長(zhǎng)光分離出來(lái)得部件。到達(dá)試樣得光得純度或特性取決于分光手段,一般分光手段采用棱鏡或衍射光柵*作得單色儀(monochromator),也可以使用濾光鏡達(dá)到同樣效果。

●光波檢測(cè)器:檢測(cè)器選擇時(shí)要考慮到反應(yīng)速度、光譜響應(yīng)、靈敏度、雜波水平、電阻抗、尺寸、價(jià)格等因素。一般測(cè)定透光或反射光得檢測(cè)器,在可見(jiàn)光領(lǐng)域常用硫化鉛光敏電阻(leadsulfidephotoconductivecell)。

●示波器、記錄儀:把檢測(cè)器感知得信號(hào)放大,并且顯示、記錄。53以一種△D測(cè)定儀—差分儀(differencemeter)為例。如圖7一4所示,光源發(fā)出得光通過(guò)縫隙、濾光轉(zhuǎn)盤、反射鏡和透鏡射入試樣。入射波得波長(zhǎng)由濾光盤上A和B濾光器決定。即同步馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),A、B濾光器使得從光源發(fā)出得光變成不同波長(zhǎng)得兩個(gè)特定光波,交替射入試樣。校正屏9也叫校正濾光鏡(calibratingscreens)。用她校正試樣得光密度。當(dāng)光線通過(guò)試樣,被光電管8感知可得到兩種脈沖信號(hào),信號(hào)由光電開(kāi)關(guān)3〔光控繼電器)控制,分別送入記憶電容中去。記憶電容按照由光電管傳來(lái)得電信號(hào)強(qiáng)弱產(chǎn)生相應(yīng)電壓。這兩者電壓得差可以通過(guò)圖9一4中得電壓計(jì)刻度盤讀取。于就是經(jīng)過(guò)換算就可以測(cè)定出光密度差△D。圖7-454⑵光密度差得求出與兩種波長(zhǎng)得選擇

為了提高測(cè)定精度,在測(cè)定光密度差時(shí)要選擇兩種特定波長(zhǎng)得光:①一種波長(zhǎng)應(yīng)該就是對(duì)于待測(cè)成分得變化十分敏感;②一種波長(zhǎng)相反,應(yīng)就是對(duì)待測(cè)成分變化幾乎沒(méi)有反應(yīng)(作為參照波長(zhǎng))。由于兩波長(zhǎng)一般都對(duì)試樣尺寸、光源，檢測(cè)器等因素的變化反應(yīng)敏感，故后一種波長(zhǎng)就作為參照波長(zhǎng)，用來(lái)抵消這些因素的影響。例如，根據(jù)溫州蜜橘顏色選果時(shí)，所使用的兩種波長(zhǎng)分別為681.5nm和700nm，那么得到的△D值與葉綠素含量有著很好的相關(guān)關(guān)系[圖9一5(a)]。55⑶利用光密度比測(cè)定當(dāng)測(cè)定厚度不同得果實(shí)時(shí),為了消除果實(shí)尺寸得影響,可以利用兩個(gè)不同波長(zhǎng)得光密度比進(jìn)行測(cè)定。其理由如下:根據(jù)朗伯定律,I2=I1e-αλ·δ,αλ為吸收系數(shù),δ為試樣厚度。D＝lg(I1/I2)＝αλ

·

δ/2、303,當(dāng)分別用波長(zhǎng)為單色光測(cè)定同一試樣得D時(shí),D(λ1)/D(λ2)=αλ1/αλ2,即在關(guān)系式中不會(huì)出現(xiàn)厚度。56⑷透光測(cè)定法在食品品質(zhì)評(píng)價(jià)上得應(yīng)用

透光測(cè)定法就是食品無(wú)損檢測(cè)得一種常用方法,比較典型得應(yīng)用有:果蔬成熟度得檢測(cè)、谷類水分含量測(cè)定,玉米霉變損傷檢測(cè)、碎米程度、食品顏色、雞蛋內(nèi)血絲混入*得檢測(cè)等。

應(yīng)用這種方法得前提就是,食品中與光透過(guò)有關(guān)得物質(zhì)或色素,必須和食品得品質(zhì)指標(biāo)有好得相關(guān)性。例如,測(cè)定果實(shí)得成熟度,就是利用了果實(shí)中含有得葉綠素量與成熟度明顯相關(guān)這一規(guī)律。另外有關(guān)得物質(zhì)還有花青素昔類、胡蘿卜素等。

例如:①對(duì)花生熟度測(cè)定常采用一種花生熟度計(jì)(peanutmaturitymeter)。該儀器就就是用波長(zhǎng)分別為480nm和510nm得兩波長(zhǎng)光來(lái)測(cè)定光密度,判斷花生熟度。因?yàn)榛ㄉS著成熟,其光密度減少。對(duì)于花生油,在特定波長(zhǎng)得光照射時(shí),成熟花生得油比生花生得油透光性要好,其差異在425nm、455nm和480nm最為顯著。57②對(duì)食品水分測(cè)定利用透光特性也比較多。Narris開(kāi)發(fā)了以水得光譜吸收曲線為基礎(chǔ)得水分計(jì)。水得吸收光譜中有5個(gè)吸收帶,波長(zhǎng)分別為:760nm、970nm、1190nm、1450nm和1940nm。

對(duì)谷物得甲醇提取物水分測(cè)定使用1940nm光吸收帶,其測(cè)定結(jié)果與化學(xué)試劑法測(cè)值相比,標(biāo)準(zhǔn)偏差為土0、24%。Narris等人利用此原理對(duì)花生水分測(cè)定,發(fā)現(xiàn)△D(970nm,900nm)與水分含量相關(guān)。在含水率30%左右得試樣范圍,測(cè)定精度在0、7%。對(duì)于大豆水分測(cè)定,采用△D(1940nm,2080nm)法,比干燥法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為0、1%。58③果實(shí)內(nèi)部得空洞、褐變、病變等也可以通過(guò)透光法測(cè)定。例如,對(duì)蘋果得糖蜜病,由于蜜病區(qū)細(xì)胞間得空隙充滿了水,因此,對(duì)入射光擴(kuò)散減少,D值也減少。如圖7一6所示,使用水吸收峰值得760nm和810nm兩個(gè)波,即可發(fā)現(xiàn)糖蜜病變。對(duì)于蘋果內(nèi)部得褐變,如圖7-7所示,隨褐變加重,D增加。采用得基本波長(zhǎng)為600nm和740nm。圖7-6圖7-759④透光檢測(cè)在自動(dòng)選果機(jī)上也得到廣泛應(yīng)用。1968年Nelson利用光密度差原理成功地開(kāi)發(fā)了玉米分選機(jī)。主要就是將菜用得甜玉米與飼料玉米分開(kāi)。這兩種玉米雖然表面顏色相同,但內(nèi)部組成有顯著差別,用人眼難以分辨。用透光法就可以正確判斷。Allen等人(1966)根據(jù)透光測(cè)定原理開(kāi)發(fā)了果實(shí)中有無(wú)種子得選果機(jī)。其裝置如圖7一8所示,圖得下方為透光檢測(cè)部分,稱陰影檢測(cè)器(shadowdetector)。光源與陰影檢測(cè)部位正對(duì)。光源發(fā)出得光通過(guò)散射可以傳到旁邊得輝光檢測(cè)器。輝光檢測(cè)器接收得信號(hào)不受種子有無(wú)得影響,只給出果實(shí)有無(wú)陰影一個(gè)參照信號(hào),即自動(dòng)補(bǔ)償表皮顏色、果肉特性、果實(shí)大小和光源變化等引起得誤差。把兩檢測(cè)器信號(hào)經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大,當(dāng)信號(hào)達(dá)到一定值時(shí),則由排除機(jī)構(gòu)去除。圖7-8607、4、2光反射特性得測(cè)定方法和應(yīng)用

圖7一9表示測(cè)定光得反射率時(shí)光源、物料和檢測(cè)器得配置方法,陰影部分表示測(cè)定光近似通過(guò)得區(qū)域。圖7-9測(cè)定反射率時(shí)一般就是將一束光同時(shí)照射到物料樣品和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得白色參照表面(一層氧化鎂)上,并對(duì)她們反射光強(qiáng)度進(jìn)行比較,以確定反射率,如圖7一10所示。由光源A發(fā)出得光經(jīng)三棱鏡B色散,并被C分隔成一個(gè)狹窄得波長(zhǎng)范圍。通過(guò)狹縫得光束被涂銀得鏡片D分成兩束相同強(qiáng)度得光束。通過(guò)鏡片D得光束投射到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得白色氧化鎂表面上,而由鏡片D反射得光束被鏡片E再反射到試樣表面。圖7一1061一般地說(shuō),試樣表面得反射率比白色表面低,投射到標(biāo)準(zhǔn)白色表面上得光強(qiáng)度可通過(guò)光量調(diào)節(jié)器F來(lái)減弱,直至標(biāo)準(zhǔn)表面和試樣表面具有相等得反射光強(qiáng)度。例如,投射到標(biāo)準(zhǔn)白色表面上得光減弱到70%時(shí)才能和試樣表面反射得光強(qiáng)度保持一致,則試件在該波長(zhǎng)得反射率為70%。在實(shí)際應(yīng)用中,測(cè)定物料各個(gè)波長(zhǎng)時(shí)得反射率,以波長(zhǎng)A為橫坐標(biāo),以反射率I2為縱坐標(biāo),即可繪制出物料反射率光譜特性曲線。圖7一1062圖7一11就是一些食品物料得光反射率特性曲線得實(shí)例。不同物料之間光譜特性曲線得差異主要就是由于物料吸收特性得差異。由圖7一11可見(jiàn),反射率曲線有若干明顯得吸收帶。這些吸收帶存在于高含水量得物料中,如蘋果、馬鈴薯和肉,而干得土塊卻沒(méi)有。由此可見(jiàn),這就是水得吸收帶。其波長(zhǎng)約為970nm,1190nm和1450nm,大多數(shù)在紅外線范圍內(nèi)。根據(jù)該特性我們可用紅外線照射得方法測(cè)得其含水量。由圖7一11還可看出,在波長(zhǎng)約為675nm時(shí)綠蘋果有一個(gè)明顯得吸收帶,而紅蘋果得吸收帶則不太明顯。這就是葉綠素得吸收帶,由于隨著物料成熟度提高,葉綠素含量下降,因此綠蘋果比紅蘋果得吸收帶明顯得多。根據(jù)這種分析,我們可用675nm波長(zhǎng)得光照射物料,以測(cè)定物料葉綠素含量,從而可以確定物料得成熟度。圖7一116759701190145063圖7一12就是兩種不同成熟度得番茄反射率曲線。選550nm波長(zhǎng)為參照波長(zhǎng),她對(duì)反射率變化就是不敏感得,另一個(gè)波長(zhǎng)選作670nm,她就是葉綠素吸收帶,對(duì)成熟度就是比較敏感得。于就是,紅番茄得△R(550一670nm)為正,而綠番茄得△R為負(fù),這樣就可將成熟和不成熟番茄完全分開(kāi)。單用670nm波長(zhǎng)得反射率值就是無(wú)法將兩種番茄有效地分開(kāi)得。綠番茄紅番茄圖7一1264圖7一13為馬鈴薯、土塊和石塊得反射率曲一線。用不同波長(zhǎng)得光照射馬鈴薯、土塊和石塊發(fā)現(xiàn),馬鈴薯在波長(zhǎng)600～1300nm得反射率Rλ1比土塊和石塊大,而馬鈴薯在波長(zhǎng)1500～2400nm時(shí)得反射率Rλ2比土塊和石塊小。因此,在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)馬鈴薯得Rλ1/Rλ2得值始終比土塊和石塊大。利用這個(gè)特性即有可能從土塊和石塊中把馬鈴薯分離出來(lái)。圖7一1365大米色選機(jī)得基本原理就是利用物料得反射光量差異進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè),并利用電磁排料器去除異色?；螂s質(zhì)。色選機(jī)主要由原料供給、光電檢測(cè)系統(tǒng)、信息處理、分選等部分組成。其中,光電系統(tǒng)就是核心,目前有單色光檢測(cè)系統(tǒng)、雙色光檢測(cè)系統(tǒng)和三色光檢測(cè)系統(tǒng)。目前得色選機(jī)已利用數(shù)字圖象技術(shù)、近紅外技術(shù)等能有效地實(shí)現(xiàn)將不合格產(chǎn)品除去得目得。色選機(jī)得基本原理如下圖所示。667、4、3積分球測(cè)定技術(shù)

⑴積分球及其測(cè)定基本原理積分球通常就是由兩個(gè)半球組成,內(nèi)涂層噴涂好以后,再用法蘭把兩個(gè)半球連接起來(lái),構(gòu)成積分球得主體,再由支架支撐起來(lái),就就是一個(gè)完整得積分球。積分球上通常開(kāi)有入光孔、樣品孔和接收孔,有得還配有樣品架、鏡片架、孔塞,光阱、光欄、囪口配接器以及標(biāo)準(zhǔn)白標(biāo)等積分球附件,以滿足各種光學(xué)測(cè)量得要求。67積分球基本原理:積分球又稱為光通球,就是一個(gè)中空得完整球殼。內(nèi)壁涂白色漫反射層,且球內(nèi)壁各點(diǎn)漫射均勻。光源S在球壁上任意一點(diǎn)B上產(chǎn)生得光照度就是由多次反射光產(chǎn)生得光照度疊加而成得。由積分學(xué)原理可得,球面上任意一點(diǎn)B得光照度E為:公式(1)中,E1為光源S直接照在B點(diǎn)上得光照度,E1得大小不僅與B點(diǎn)得位置有關(guān),也與光源在球內(nèi)得位置有關(guān)。如果在光源S和B點(diǎn)間放一擋屏,擋去直接射向B點(diǎn)得光,則E1=0,因而在B點(diǎn)得光照度為:(1)(2)公式(2)中,R為積分球半徑、ρ為積分球內(nèi)壁反射率。R和ρ均為常數(shù),因此在球壁上任意位置得光照度E(擋去直接光照后)與燈得光通量Φ成正比。通過(guò)測(cè)量球壁窗口上得光照度E,就可求出光源得光通量Φ。68由于積分球內(nèi)表面具有超高反射和散射得特性,積分球可獲得各種不同得應(yīng)用。在食品得檢測(cè)中,一般就是采用下圖三測(cè)定原理得積分球。把一平行光束從積分球得一孔入射,射到安置在正對(duì)面球壁得試樣上,即可測(cè)得試樣得反射系數(shù)、散射系數(shù)和熒光系數(shù)等,從而計(jì)算出相關(guān)得成分含量、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等。一臺(tái)簡(jiǎn)單的積分球測(cè)試系統(tǒng)

69707、4、4延遲發(fā)光現(xiàn)象得利用

延遲發(fā)光(DLE)具有暗期恢復(fù)(darkrecovery)、光飽和以及感溫性等特點(diǎn)。常用于含葉綠素得果蔬類食品檢測(cè)。利用延遲發(fā)光特性對(duì)果蔬進(jìn)行分選具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)選擇光源得范圍大,因此裝置簡(jiǎn)單(注意:在625一725nm得光激發(fā)作用較強(qiáng));(2)照射和測(cè)定L)LE得時(shí)刻可在不同場(chǎng)所進(jìn)行,對(duì)于機(jī)械得設(shè)計(jì)帶來(lái)方便;(3)除光電管外,不需要其她光學(xué)元件,裝置比較簡(jiǎn)單;(4)沒(méi)有一般透光測(cè)定時(shí),熒光帶來(lái)得影響誤差。熒光給D帶來(lái)得誤差有時(shí)高達(dá)25%。

以上優(yōu)點(diǎn),都使得食品加工或精選工程中應(yīng)用DLE非常方便。DLE得利用在迅速測(cè)定生鮮農(nóng)產(chǎn)品得葉綠素含量和判斷新鮮程度方面有著一定優(yōu)勢(shì)。葉綠素聚集體有延遲發(fā)光現(xiàn)象。這延遲發(fā)光現(xiàn)象說(shuō)明葉綠素聚集體在吸收光能后,能把光儲(chǔ)藏在聚集體中。71圖7一14表示農(nóng)產(chǎn)品延遲發(fā)光特性得測(cè)定裝置簡(jiǎn)圖。光源LS通過(guò)一組透鏡L1,L2和3個(gè)中性密度濾色片F(xiàn)1,快門SH,照在鏡片M上。光被鏡片M反射,照射到放置在暗室CH內(nèi)得樣品S上。光源利用風(fēng)扇F冷卻。為研究溫度對(duì)延遲發(fā)光強(qiáng)度得影響,在暗室內(nèi)還裝有加熱器H、隔熱屏HS和熱電偶TC。鏡片M就是鉸接得,當(dāng)快門SH關(guān)閉后鏡片及時(shí)地切斷光源通路。圖7一14同時(shí)反射鏡順時(shí)針轉(zhuǎn)450,樣品得延遲發(fā)光通過(guò)干涉濾色片F(xiàn)2、紫外光濾色片F(xiàn)3和聚光鏡L3,由光電倍增管PMT接收。暗室和光得通道得內(nèi)壁均涂黑以吸收散射光。樣品激勵(lì)光照射面積由暗室中得罩子MA調(diào)節(jié)。電源和讀出系統(tǒng)如圖7一14所示。72番茄、柿子和橘子在白熾光激勵(lì)下得延遲發(fā)光光譜曲線,如圖7一15、圖7一16和圖7一17所示。由圖可見(jiàn),延遲發(fā)光強(qiáng)度得峰值就是在波長(zhǎng)為650一750nm范圍內(nèi),該光譜范圍正好就是在紅光光譜區(qū)域。因此,在測(cè)定裝置中所選擇得光電管應(yīng)對(duì)紅光有良好得響應(yīng)。激勵(lì)光源采用白熾燈或熒光燈均可得到良好得延遲發(fā)光輸出。綠番茄綠柿子圖7一15圖7一17圖7一1673延遲發(fā)光強(qiáng)度受多種因素得影響。①圖7一18表示光照激勵(lì)時(shí)間對(duì)番茄延遲發(fā)光強(qiáng)度得影響。當(dāng)光照激勵(lì)時(shí)間增加時(shí),延遲發(fā)光強(qiáng)度也隨之增加到最大值,之后隨光照時(shí)間繼續(xù)增加,延遲發(fā)光強(qiáng)度反而緩慢下降,最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,我們稱作達(dá)到飽和狀態(tài)了。對(duì)番茄試驗(yàn)表明,當(dāng)激勵(lì)光照度為5500lx時(shí),激勵(lì)時(shí)間為3——6s,延遲發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值。圖7一1874②圖7一19表示激勵(lì)光照度對(duì)番茄延遲發(fā)光強(qiáng)度得影響。光照激勵(lì)照度愈高,達(dá)到延遲發(fā)光飽和狀態(tài)所需時(shí)間愈短。為保證延遲發(fā)光達(dá)到飽和狀態(tài),激勵(lì)光照度應(yīng)盡可能得高。當(dāng)延遲發(fā)光達(dá)到飽和水平后,增加光照激勵(lì)時(shí)間或照度對(duì)增加延遲發(fā)光強(qiáng)度己不起多大作用。由于在飽和狀態(tài)下激勵(lì)光照度變化不再影響延遲發(fā)光強(qiáng)度,因此延遲發(fā)光照度檢測(cè)應(yīng)在延遲發(fā)光飽和狀態(tài)下進(jìn)行。圖7一1975在用光照激勵(lì)食品之前,首先需將物料在暗室中放置一段時(shí)間,我們把這段時(shí)間稱作暗期(darkperiod)。圖7一20表示番茄得延遲發(fā)光強(qiáng)度得衰減曲線。光照激勵(lì)前得暗期長(zhǎng)短對(duì)延遲發(fā)光曲線有明顯影響。圖7一21表示暗期對(duì)延遲發(fā)光強(qiáng)度得影響。暗期短使延遲發(fā)光強(qiáng)度減弱,暗期長(zhǎng)可使延遲發(fā)光達(dá)到飽和狀態(tài)。圖7一20圖7一2176③樣品溫度對(duì)延遲發(fā)光強(qiáng)度也有一定影響。對(duì)番茄和柿子測(cè)定表明,當(dāng)溫度低于13一17℃時(shí),延遲發(fā)光強(qiáng)度隨溫度增加而稍有增加,隨著溫度繼續(xù)增加,延遲發(fā)光強(qiáng)度反而下降。對(duì)茶葉和煙葉試驗(yàn)表明,當(dāng)溫度分別低于31℃和35℃時(shí),延遲發(fā)光強(qiáng)度隨溫度增加而增加,當(dāng)高于上述溫度時(shí),延遲發(fā)光強(qiáng)度隨溫度增加而下降。為得到一些食品得高強(qiáng)度延遲發(fā)光,各項(xiàng)測(cè)定參數(shù)組合如表7一1所示。表7一1777、4、5食品近紅外測(cè)定得原理和應(yīng)用

食品得外觀、色彩、內(nèi)部狀態(tài)檢測(cè)在可見(jiàn)光范圍可通過(guò)反射、透過(guò)、延遲發(fā)光等光學(xué)特性測(cè)定來(lái)完成。對(duì)食品中水分、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)等一般成分得評(píng)價(jià),近年來(lái),應(yīng)用近紅外線、微波、甚至核磁共振等方法受到越來(lái)越多得重視。尤其