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1、第四章 光学特性检测潘磊庆 南京农业大学食品科技学院LOGO1PPT课件第一节第一节 物理光学基础物理光学基础 一、光的本性一、光的本性 在电磁波谱中在电磁波谱中:紫外光紫外光：波长波长200-400 nm;可见光可见光：波长波长400-780 nm;红外光红外光：波长波长0.78-1000um。0.78-2.5 um 0.78-2.5 um 2.5-40 um 2.5-40 um 40-1000 um 40-1000 um 近红外区近红外区 中红外区中红外区 远红外区远红外区 2PPT课件1光的单色性光的单色性 单色光单色光：具有：具有单一波长单一波长的光。的光。颜色颜色：在可见光区域，不同
2、波长的单色光通过人的：在可见光区域，不同波长的单色光通过人的视觉器官视觉器官反反映。映。紫外光和红外光紫外光和红外光由于不在人眼觉察范围内，由于不在人眼觉察范围内，无颜色无颜色可言。可言。从长段波长开始分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。从长段波长开始分别为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。二、光的单色性、偏振性与相关性二、光的单色性、偏振性与相关性3PPT课件 人眼对同样功率辐射的可见光的人眼对同样功率辐射的可见光的敏感程度敏感程度不同；不同；在特别情况下在特别情况下(能量加大能量加大)，人眼的，人眼的感受范围可扩大感受范围可扩大到近红外线到近红外线(1150nm)(1150nm)和紫外线部分和紫外
3、线部分(312.5nm)(312.5nm)。4PPT课件 CIECIE推荐推荐：明视觉明视觉光谱光效率曲线光谱光效率曲线 (555nm)(555nm)；暗视觉暗视觉光谱光效率曲线光谱光效率曲线 (510nm)(510nm)用算术坐标表示形成为两条用算术坐标表示形成为两条近似对称的圆滑钟形曲线。近似对称的圆滑钟形曲线。5PPT课件 分离单色光分离单色光：可以从可以从复合光的光谱复合光的光谱中将单色光分离出来。中将单色光分离出来。常用的方法有常用的方法有棱镜、平面光栅、干涉滤光片、干涉光图棱镜、平面光栅、干涉滤光片、干涉光图等方法。等方法。6PPT课件 偏振光的振动方向和传播偏振光的振动方向和传播
4、方向所形成的面称为方向所形成的面称为振动面振动面；和振动方向和振动方向相垂直而包含相垂直而包含传播方向的面称为传播方向的面称为偏振面偏振面。2.2.光的偏振性光的偏振性 光是横波，光矢量光是横波，光矢量E E和光的传播方向和光的传播方向相垂直相垂直。如果光矢量正在一个固定平面内只沿着一个固定方向作振动，如果光矢量正在一个固定平面内只沿着一个固定方向作振动，这种光称作这种光称作线偏振光或面偏振光线偏振光或面偏振光(简称为偏振光简称为偏振光)。7PPT课件v 自然光是非偏振的自然光是非偏振的，在所有可能的方向上，在所有可能的方向上，E E的振幅都可的振幅都可看作完全相等。如图看作完全相等。如图4-
5、44-4所示。所示。v 在光学实验中，常采用某些装置移去自然光中的一部分在光学实验中，常采用某些装置移去自然光中的一部分振动而振动而获得偏振光获得偏振光。v 至于纵波，由于振动方向就是传播方向，至于纵波，由于振动方向就是传播方向，纵波是没有偏纵波是没有偏振性可言的振性可言的。（声波声波）8PPT课件3 3光的相干性光的相干性 波动是具有波动是具有叠加性的叠加性的。光是一种波动，所以两束单色自然光。光是一种波动，所以两束单色自然光在空间相遇处的在空间相遇处的E E振动，将是各自的振动，将是各自的E E振动的矢量和。振动的矢量和。相干波相干波必须同频率、同振动方向、同周相或有恒定周相差等必须同频率
6、、同振动方向、同周相或有恒定周相差等条件。条件。只有从同一部分发出的光通过某些装置后，才能获得符合相只有从同一部分发出的光通过某些装置后，才能获得符合相干条件的两束光干条件的两束光。9PPT课件水滴水滴肥皂泡肥皂泡干涉条纹干涉条纹)杨氏干涉条纹杨氏干涉条纹 薄膜的等厚干涉薄膜的等厚干涉 薄膜的等厚干涉薄膜的等厚干涉 10PPT课件4 4光源光源 发光的物体称为发光的物体称为光源光源。热光源：热光源：利用热能激发的光源。利用热能激发的光源。例如：白炽灯；例如：白炽灯；11PPT课件 冷光源：冷光源：利用利用化学能、电能或光能化学能、电能或光能激发的激发的光源。光源。例如：例如：萤火虫的光就是萤火
7、虫的光就是化学发光化学发光的现象的现象；稀薄气体在通电时发出的辉光，稀薄气体在通电时发出的辉光，就是常见的就是常见的电致发光电致发光；某些物质如某些物质如碱土金属碱土金属的氧化物和的氧化物和硫化物等，在可见光或紫外线照射硫化物等，在可见光或紫外线照射下被激发而发光就是下被激发而发光就是光致发光光致发光。12PPT课件v三、光在介质表面的反射、折射及光的吸收三、光在介质表面的反射、折射及光的吸收v1 1光的反射定律光的反射定律v 如图如图4-4-5 5所示，一束平行光沿所示，一束平行光沿BABA方向照射在垂直表面方向照射在垂直表面DEDE一部分光从表面一部分光从表面沿沿AFAF方向方向反射反射出
8、来；一部分光透过表面改变方向沿出来；一部分光透过表面改变方向沿ACAC发生光的发生光的折射折射现象。与现象。与ADAD表面垂直的表面垂直的NNNN称为法线。称为法线。v 反射定律反射定律指出，入射光线与反射光线及法线在同一平面内，并指出，入射光线与反射光线及法线在同一平面内，并且入射角且入射角i i与反射角与反射角相等。相等。13PPT课件 14PPT课件2 2光的折射定律光的折射定律 一束平行光由一介质进入另一介质时，将改变其行进方向，一束平行光由一介质进入另一介质时，将改变其行进方向，这种现象称作这种现象称作光的折射光的折射。原因是由于光在不同介质中的原因是由于光在不同介质中的传播速度不等
9、传播速度不等。15PPT课件3 3光的吸收定律光的吸收定律 对大多数介质，当光在介质中经过一段距离后，部分光能转化对大多数介质，当光在介质中经过一段距离后，部分光能转化为热能、电能或化学能形式。即：为热能、电能或化学能形式。即：光已被物质吸收光已被物质吸收。朗伯朗伯(Lamber)(Lamber)能量定律能量定律给出了光在给出了光在均匀物质中通过一距离时，到达该处的均匀物质中通过一距离时，到达该处的光能中将有同样比例的能量被该层物质光能中将有同样比例的能量被该层物质所吸收，数学表达式为所吸收，数学表达式为:即：即：16PPT课件四、光与食四、光与食(农产农产)品物料的相互作用特点品物料的相互作
10、用特点 食品与农产品物料的食品与农产品物料的光学特性光学特性：指物料对投射到其表面上的：指物料对投射到其表面上的光产生反射、吸收、透射、漫射或受光照后激发出其他波长的光等光产生反射、吸收、透射、漫射或受光照后激发出其他波长的光等的的性质等。的的性质等。体反射：体反射：当一束光射向物料时，大约只有当一束光射向物料时，大约只有4 4的光由物料表面的光由物料表面直接反射，其余光入射到物料表层，遇到内部网络结构而变为向四直接反射，其余光入射到物料表层，遇到内部网络结构而变为向四面八方散射的光。大部分散射光重新折射到物料表面，在入射点附面八方散射的光。大部分散射光重新折射到物料表面，在入射点附近射出物料
11、，这种反射称之为近射出物料，这种反射称之为“体反射体反射”。17PPT课件原理：原理：小部分散射光较深地扩散到内部，一部分被物料所吸收小部分散射光较深地扩散到内部，一部分被物料所吸收，一部分穿透果实。被吸收的多少与物料的性质、光的波长，一部分穿透果实。被吸收的多少与物料的性质、光的波长、传播路径长度等因素有关。对某些物料来说，部分吸收光、传播路径长度等因素有关。对某些物料来说，部分吸收光转化成荧光、延迟发射光等。转化成荧光、延迟发射光等。离开物料表面的光离开物料表面的光就由如下几种组成：就由如下几种组成：直接反射光、体直接反射光、体反射光、透射光和发射光反射光、透射光和发射光。18PPT课件1
12、9PPT课件光密度：光密度：ODODlg(I0Ir)表示入射光能对透射光能表示入射光能对透射光能的比值大小。的比值大小。物料的光透过度越低，则光密物料的光透过度越低，则光密度越高。度越高。Light:Nondestructive 20PPT课件v 对于某种食品物料，一束对于某种食品物料，一束平行的入射光平行的入射光I0投射到物料上产生的投射到物料上产生的反射光反射光Ip、透射光、透射光Ir、吸收光、吸收光Ia和发射光和发射光Ie的频谱分布和强弱与物料的种类和结构等性质有密切关的频谱分布和强弱与物料的种类和结构等性质有密切关系，具有系，具有强烈的选择性。强烈的选择性。v v利用这一原理可用来利用
13、这一原理可用来识别物质识别物质。21PPT课件五、光学特性常用检测模式五、光学特性常用检测模式 光学特性检测的模式主要有光学特性检测的模式主要有透射光谱检测透射光谱检测和和反射光谱检测反射光谱检测。透射光谱检测透射光谱检测：把待测样品置于光源和探测器：把待测样品置于光源和探测器之间之间，探测器所，探测器所 检测的是检测的是透过样品的光透过样品的光；反射光谱检测：反射光谱检测：把探测器与光源置于待测样品的把探测器与光源置于待测样品的同一侧同一侧，探测，探测 器所检测的是被样品以各种方式器所检测的是被样品以各种方式反射回来的光反射回来的光。22PPT课件v1 1透射法测定透射法测定v 透射光谱检测
14、模式如图透射光谱检测模式如图4-4-1010和图和图4-114-11所示。所示。v 主要适于主要适于清澈透明试样清澈透明试样，吸收光程由试样池的透光吸收光程由试样池的透光长度决定，透光能量与试长度决定，透光能量与试样浓度之间符合样浓度之间符合朗伯朗伯比尔比尔(Lambere-Beer)(Lambere-Beer)定律：定律：23PPT课件2.2.反射法测定反射法测定 按试样表面状态和结构不同有按试样表面状态和结构不同有规则反射规则反射、漫反射漫反射和和透入漫反射透入漫反射三种不同情况。可适用于三种不同情况。可适用于粗糙表面试样、粉末试样粗糙表面试样、粉末试样等等。24PPT课件25PPT课件六
15、、食品与农产品的光特性应用六、食品与农产品的光特性应用(1)(1)缺陷检测缺陷检测 缺陷是涉及缺少关于完整性必需的东西，或是出现了有损于缺陷是涉及缺少关于完整性必需的东西，或是出现了有损于完整性的某些东西。完整性的某些东西。如挑剔米粒中的如挑剔米粒中的石子和黄黑米粒石子和黄黑米粒等。等。(2)(2)成分分析成分分析 水分、脂肪、蛋白质、氨基酸、糖分、酸度等水分、脂肪、蛋白质、氨基酸、糖分、酸度等化学成分的含化学成分的含量量，用于品质的监督和控制。，用于品质的监督和控制。如：近红外光谱分析技术。如：近红外光谱分析技术。26PPT课件(3)(3)成熟度与新鲜度分析成熟度与新鲜度分析 果蔬产品果蔬产
16、品成熟度和新鲜度检测，成熟阶段总是与某种物质成熟度和新鲜度检测，成熟阶段总是与某种物质的含量有密切关系，并表现出的含量有密切关系，并表现出表面或内部颜色表面或内部颜色的不同。的不同。综合而言综合而言：光学特性检测技术的应用是为了测定光学特性检测技术的应用是为了测定品质指标品质指标，最终目的是，最终目的是对食品物料进行对食品物料进行自动化分级、分类和分选自动化分级、分类和分选，获得总体质量等级，获得总体质量等级的提高。的提高。即从合格物料中即从合格物料中剔除缺陷品剔除缺陷品；按物料中某种按物料中某种成分含量成分含量进行进行分类分类；把把成熟度成熟度不同的产品进行不同的产品进行分类分类，以便分别贮
17、藏和销售。，以便分别贮藏和销售。27PPT课件第二节第二节 可见光检测可见光检测 可见光检测可见光检测：最常用的物理方法之一。：最常用的物理方法之一。必要性必要性：食品含有异种异色颗粒、变霉变质粒、机械损伤等：食品含有异种异色颗粒、变霉变质粒、机械损伤等 传统传统：人工分选人工分选/生产率低、劳动力费用高、容易受主观因素的生产率低、劳动力费用高、容易受主观因素的干扰、精确度低。干扰、精确度低。28PPT课件 优势：优势：既能检测既能检测表面表面品质，又能检测品质，又能检测内部内部品质，而且检测为品质，而且检测为非接触性非接触性的，的，非破坏非破坏性性的，经过检测和分选的产品可以的，经过检测和分
18、选的产品可以直接出售或进行后续工序直接出售或进行后续工序的处理；的处理；排除了主观因素排除了主观因素的影响，对产品进行的影响，对产品进行全数全数(100(100)检测检测，保证了分选的精，保证了分选的精确和可靠性；确和可靠性；劳动强度低，自动化程度高，生产费用降低，便于实现劳动强度低，自动化程度高，生产费用降低，便于实现在线检测在线检测；机械的适应能力强机械的适应能力强，通过调节背景光或比色板，即可以处理不同的物料，通过调节背景光或比色板，即可以处理不同的物料，生产能力大生产能力大，适应了日益发展的商品市场的需要和工厂化加工的要求。，适应了日益发展的商品市场的需要和工厂化加工的要求。常用的方法
19、常用的方法主要有主要有折射法、反射法、透射法和延时发光法等折射法、反射法、透射法和延时发光法等。29PPT课件(1)(1)颜色的分类和特性颜色的分类和特性 颜色可分为颜色可分为非彩色和彩色非彩色和彩色两大类。两大类。颜色颜色是非彩色和彩色的是非彩色和彩色的总称总称。非彩色非彩色是白色、黑色和各种深浅不同的灰色。是白色、黑色和各种深浅不同的灰色。它们可以排列成它们可以排列成一个系列，由白色渐渐到浅灰，到中灰，再到深灰，直到黑色，该一个系列，由白色渐渐到浅灰，到中灰，再到深灰，直到黑色，该系列叫做系列叫做白黑系列白黑系列。1 1色度学基础知识色度学基础知识30PPT课件v纯白纯白是理想的是理想的完
20、全反射完全反射的物体，其光的物体，其光反射率反射率等于等于1 1；v纯黑纯黑是理想的是理想的无反射无反射的物体，其光的物体，其光反射率反射率等于等于0 0。v在现实生活中，在现实生活中，并没有纯白和纯黑并没有纯白和纯黑的物体。的物体。v氧化镁氧化镁只能接近纯白，只能接近纯白，黑绒黑绒的颜色接近纯黑。的颜色接近纯黑。v白黑系列白黑系列代表物体的光反射率的变化，在视觉上是代表物体的光反射率的变化，在视觉上是明度的变明度的变化化。愈接近白色，明度愈高；反之，愈接近黑色，明度愈低。愈接近白色，明度愈高；反之，愈接近黑色，明度愈低。31PPT课件32PPT课件 彩色彩色是指白黑系列以外的各种颜色。是指白
21、黑系列以外的各种颜色。彩色有彩色有三种特性三种特性：明度、色调、饱和度。：明度、色调、饱和度。明度明度 彩色光的亮度愈高，人眼就愈觉得明亮，或者说有较高的明度。彩色光的亮度愈高，人眼就愈觉得明亮，或者说有较高的明度。彩色物体表面的彩色物体表面的光反射率愈高光反射率愈高，它的，它的明度就愈高明度就愈高。33PPT课件 色调色调 色调是彩色彼此色调是彩色彼此相互区分相互区分的特性。的特性。可见光不同波长的辐射可见光不同波长的辐射视觉上表现视觉上表现为各种色调，如红、橙为各种色调，如红、橙、黄、绿、蓝等。、黄、绿、蓝等。光源的色调光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。决定于辐射的光谱组成
22、对人眼所产生的感觉。物体的色调物体的色调决定于光源的光谱组成和物体表面所反射决定于光源的光谱组成和物体表面所反射(透射透射)的各种波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。的各种波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。34PPT课件饱和度饱和度 饱和度是指彩色的饱和度是指彩色的纯洁性纯洁性。可见光谱的各种可见光谱的各种单色光是最饱和单色光是最饱和的彩色。的彩色。当光谱色当光谱色掺人白光成分愈多掺人白光成分愈多时，就愈不饱和。当光谱色掺人时，就愈不饱和。当光谱色掺人白白光成分达到很大比例光成分达到很大比例时，在眼睛看来，它就不再成为一个彩色光，时，在眼睛看来，它就不再成为一个彩色光，而成为而成为白光白光了。了
23、。35PPT课件 物体色的饱和度物体色的饱和度决定于该物体表面反射光谱的决定于该物体表面反射光谱的选择程度选择程度。物体对光谱某一窄波段的反射率很高物体对光谱某一窄波段的反射率很高，而对其他波长的，而对其他波长的反反射率很低或没有反射射率很低或没有反射，表明它有，表明它有很高的光谱选择性很高的光谱选择性，仅一颜色，仅一颜色的饱和度就高。的饱和度就高。非彩色非彩色只有明度的差异，而没有色调和饱和度这两种特性只有明度的差异，而没有色调和饱和度这两种特性.36PPT课件(2)(2)颜色方程颜色方程 1854 1854年年格拉斯曼格拉斯曼(H HGrassman)Grassman)将颜色混合现象总结成
24、将颜色混合现象总结成颜色混合颜色混合定律定律。人的视觉人的视觉只能分辨只能分辨颜色的颜色的三种变化三种变化：明度、色调、饱和度：明度、色调、饱和度。在由两个成分组成的混合色中，如果在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化一个成分连续地变化，混，混合色的合色的外貌也连续变化外貌也连续变化。由这一定律导出两个定律。由这一定律导出两个定律。37PPT课件a a补色律补色律 每一种颜色都有一个每一种颜色都有一个相应的补色相应的补色。如果某一颜色与其补色以适当的比例混合，便产生如果某一颜色与其补色以适当的比例混合，便产生白色白色或灰色或灰色；如果二者按其他比例混合，便产生近似比重大的颜；如果二
25、者按其他比例混合，便产生近似比重大的颜色成分的非饱和色。色成分的非饱和色。例如例如:黄与蓝，红与蓝绿即为互补色。在混合时，如果比例黄与蓝，红与蓝绿即为互补色。在混合时，如果比例不对则成为不饱和的彩色，色调偏于过多的一色。不对则成为不饱和的彩色，色调偏于过多的一色。38PPT课件b b中间色律中间色律 任何两个非补色相混合，便产生中间色任何两个非补色相混合，便产生中间色，其，其色调色调决定于两颜色的决定于两颜色的相对数量相对数量，其，其饱和饱和度度决定于二者在决定于二者在色调顺序上的远近色调顺序上的远近。例如例如:红与绿混合产生橙色红与绿混合产生橙色,蓝与红混合产生紫蓝与红混合产生紫色。色。中间
26、色的色调偏于较多的一色，饱和度中间色的色调偏于较多的一色，饱和度决定于二色在光谱轨迹中的位置，越近则越决定于二色在光谱轨迹中的位置，越近则越饱和。饱和。39PPT课件 颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果混合中具有相同的效果。即：凡在视觉上相同的颜色都是等效的。即：凡在视觉上相同的颜色都是等效的。由这一定律导出颜色的代替律由这一定律导出颜色的代替律:颜色方程颜色方程：(C)R(R)+G(G)+B(B)(C)R(R)+G(G)+B(B)（“”号表示匹配，即视觉上相等）号表示匹配，即视觉上相等）(C)(C)代表
27、被混合的颜色；代表被混合的颜色；(R)(R)，(G)(G)，(B)(B)分别代表产生混合色的红、绿、蓝三原色；分别代表产生混合色的红、绿、蓝三原色；R R，G G，B B分别代表红、绿、蓝三原色的数量分别代表红、绿、蓝三原色的数量(三刺激值三刺激值)；40PPT课件v(3)(3)三原色定律三原色定律 v 实验证明，用红、绿、蓝三种实验证明，用红、绿、蓝三种基本颜色基本颜色可以可以混合出其他混合出其他各种颜色各种颜色。v 组成各种颜色的三个基本色称为组成各种颜色的三个基本色称为三原色三原色。41PPT课件增色三原色增色三原色:电视机上的基色电视机上的基色 颜料三原色（颜料三原色（减色三原色减色三
28、原色)：C(C(青绿青绿Cyan)Cyan)，M(M(品红品红Magenta)Magenta)，Y(Y(黄黄 Yellow)Yellow)42PPT课件 (1)(1)光电分选机光电分选机 光电分选机可以看成是按光电分选机可以看成是按尺寸大小尺寸大小进行选别的装置进行选别的装置一、反射法检测一、反射法检测43PPT课件(2)(2)色选机色选机 利用物料的光学特性将颜色利用物料的光学特性将颜色不正常、表面有缺陷或内部变质不正常、表面有缺陷或内部变质的的 疵品及杂质物料自动分选剔除的食品机械。疵品及杂质物料自动分选剔除的食品机械。用于在合格品与疵品因用于在合格品与疵品因粒度或密度十分接近粒度或密度十
29、分接近，无法用传统的筛，无法用传统的筛选或比重分选机械分离的场合。选或比重分选机械分离的场合。方法：方法：水果表皮的颜色可以利用水果表皮的颜色可以利用光反射特性光反射特性来鉴别，将一定波长的光来鉴别，将一定波长的光照射水果，根据照射水果，根据反射光的强弱反射光的强弱可以判别其表面颜色。可以判别其表面颜色。44PPT课件果皮颜色分选装置果皮颜色分选装置45PPT课件 光电色选机系统的工作原理光电色选机系统的工作原理46PPT课件青花菜采后颜色模型的建立49PPT课件概述青花菜青花菜(Brassica oleracea,cv.Italica)(Brassica oleracea,cv.Italic
30、a)抗癌物质抗癌物质芥子油芥子油 ，葡萄糖异硫氰酸盐，葡萄糖异硫氰酸盐 美国产量占其蔬菜总量美国产量占其蔬菜总量18%18%我国种植面积我国种植面积1414万公顷万公顷 ，9999以鲜菜形式销售以鲜菜形式销售呼吸强度大，极易衰老呼吸强度大，极易衰老 ，2020下下 2 2天天失水萎蔫、黄化和开花失水萎蔫、黄化和开花 主要运输方式：主要运输方式：冷藏冷藏，冰藏冰藏50PPT课件国内外研究动态品质标准品质标准品质基本要求新鲜洁净，无异常气味或滋味，不带不正常的外来水新鲜洁净，无异常气味或滋味，不带不正常的外来水分，细心采摘，充分发育，具有适于市场或贮存要求的成分，细心采摘，充分发育，具有适于市场或
31、贮存要求的成熟度。熟度。特级同一品种，同一品种，花球紧密，花蕾未开，具品种固有色泽，花球紧密，花蕾未开，具品种固有色泽，无腐烂，茎无空心，无腐烂，茎无空心，无病虫害及其他伤害无病虫害及其他伤害。一级同一品种，同一品种，花球尚紧密，色泽良好，花球尚紧密，色泽良好，无腐烂，茎无空无腐烂，茎无空心，心，无严重病虫害及其他伤害无严重病虫害及其他伤害。二级同一品种，次于一级，但仍保持本品种果实的基本特同一品种，次于一级，但仍保持本品种果实的基本特征，仍有商品价值者。征，仍有商品价值者。v我国目前行业分级标准，暂无国标我国目前行业分级标准，暂无国标51PPT课件级别级别花蕾黄化分级标准花蕾黄化分级标准0
32、0目测不到花蕾变黄目测不到花蕾变黄,球坚挺球坚挺1 1花球中有轻微变黄或花球中有花球中有轻微变黄或花球中有1 13 3粒花蕾变黄粒花蕾变黄3 3花蕾变黄花蕾变黄,占整个花球的占整个花球的5%5%5 5花蕾变黄花蕾变黄,占整个花球的占整个花球的50%50%7 7花球变黄花球变黄,占整个花球的占整个花球的75%75%9 9100%100%的花蕾变黄的花蕾变黄花蕾黄化分级标准（李长缨等1999年）52PPT课件【目的】【目的】建立采后青花菜颜色变化模型建立采后青花菜颜色变化模型 挑选与人工分级指标相关联的颜色参数并给出参数阈值挑选与人工分级指标相关联的颜色参数并给出参数阈值【材料】【材料】青花菜青花
33、菜(品种：品种：海芝海芝)【处理方法】【处理方法】试验组分为试验组分为00、55、1010下分别在包装与不包装下分别在包装与不包装 两种情况下进行贮藏。两种情况下进行贮藏。53PPT课件 二、透射法检测技术二、透射法检测技术理论基础：理论基础：朗伯朗伯比尔定律（吸收光谱）比尔定律（吸收光谱）主要应用：主要应用：定性分析定性分析 纯度检查纯度检查 结构测定结构测定 定量分析定量分析54PPT课件 1 1定性分析定性分析v 透射法透射法(多为多为液体物质液体物质)v (1)(1)与标准物、标准图谱与标准物、标准图谱对照对照 v (2)(2)比较比较最大吸收波长最大吸收波长和和吸收系数吸收系数的一致
34、性的一致性55PPT课件2 2纯度检测纯度检测 可见或紫外吸收光谱可见或紫外吸收光谱能测定化合物中含有的具有可见或能测定化合物中含有的具有可见或紫外吸收的紫外吸收的杂质杂质。如果化合物在可见或紫外光区没有明显的吸收峰，而它如果化合物在可见或紫外光区没有明显的吸收峰，而它的的杂质杂质在可见或紫外光区有较强的吸收峰，就可检测出化合物在可见或紫外光区有较强的吸收峰，就可检测出化合物中所含的杂质。中所含的杂质。如如：乙醇中含有：乙醇中含有杂质苯杂质苯，苯的最大吸收峰为，苯的最大吸收峰为256nm256nm而乙醇而乙醇在此波长处无吸收。在此波长处无吸收。56PPT课件 3 3结构测定结构测定 属于分析化
35、学中物质鉴定的范畴，属于分析化学中物质鉴定的范畴，不作详细讨论不作详细讨论。4 4定量分析定量分析 采用采用工作曲线法工作曲线法需要事先把样品中的待测的纯物质分别配置需要事先把样品中的待测的纯物质分别配置一一系列已知浓度系列已知浓度的的标准试样标准试样，分别测出它们在，分别测出它们在选定分析波长选定分析波长处的处的吸光度值，然后将浓度和吸光度分别作为横坐标和纵坐标画出吸光度值，然后将浓度和吸光度分别作为横坐标和纵坐标画出A Ac c之间的关系曲线即工作曲线。之间的关系曲线即工作曲线。57PPT课件三、延时发光法检测技术三、延时发光法检测技术 所有的光合作用生物都能发生一种所有的光合作用生物都能
36、发生一种“后发光后发光”，这种后发光，这种后发光叫做叫做“延时发光延时发光”，也叫，也叫滞后发光滞后发光。例如例如：植物被光照一段时间后放到：植物被光照一段时间后放到暗处暗处，能继续发出，能继续发出微弱的红微弱的红光光。延时发光是一种延时发光是一种荧光发光现象荧光发光现象，它与农产品的诸多，它与农产品的诸多生命活动生命活动密切相关密切相关，如氧化代谢、细胞分裂、细胞凋亡、生长调节、光合，如氧化代谢、细胞分裂、细胞凋亡、生长调节、光合作用等。作用等。58PPT课件叶片与叶绿体之间发光光谱的一致性说明：叶片的延时发光主要来自叶片与叶绿体之间发光光谱的一致性说明：叶片的延时发光主要来自叶绿体叶绿体。
37、59PPT课件图图4-29(a)4-29(a)是是白菜叶片白菜叶片；图图4-29(b)4-29(b)是是叶绿体的延时发光光谱随时间叶绿体的延时发光光谱随时间的变化情况。的变化情况。试验的过程如下试验的过程如下：样品经过样品经过60W60W白炽灯照射白炽灯照射2min2min后放人样品室，暗置后放人样品室，暗置20s20s后开始后开始记录。记录。从图中可以看出，叶片与叶绿体的延时发光光谱从图中可以看出，叶片与叶绿体的延时发光光谱很相似很相似，二，二者在者在485nm485nm、580nm580nm、590nm590nm、650nm650nm、685nm685nm、725-735nm725-735
38、nm附近都有较附近都有较强的峰，发光强度随时间很快衰减，但光谱分布基本保持不变。强的峰，发光强度随时间很快衰减，但光谱分布基本保持不变。60PPT课件 紫外光（紫外光（ultraviolet light）：波长在波长在200200400nm400nm范围内的光称范围内的光称为紫外光。紫外光波长比可见光短，但比为紫外光。紫外光波长比可见光短，但比X X射线长的电磁辐射。射线长的电磁辐射。紫外光用途紫外光用途：功能一：功能一：杀菌杀菌 功能二功能二 ：鉴定与透视：鉴定与透视 功能三功能三 ：健康与医疗：健康与医疗 功能四功能四 ：为昆虫指路：为昆虫指路 第三节第三节 紫外光的检测技术紫外光的检测技
39、术61PPT课件62PPT课件63PPT课件 方法：方法：折射检测方法折射检测方法 透射检测方法透射检测方法 反射检测方法反射检测方法 原理：原理：将将高能量的紫外光高能量的紫外光作为激励光源，通过光学系统照射到待检测的物料上，作为激励光源，通过光学系统照射到待检测的物料上，由于由于某些化学成分某些化学成分和和某些微生物某些微生物(或霉菌或霉菌)在紫外光的激励下会在紫外光的激励下会发出发出荧光荧光(或磷或磷光光)；物体发出的荧光物体发出的荧光(或磷光或磷光)的的波长及强度波长及强度与物体的与物体的构成、某些成分的含量构成、某些成分的含量以及以及激励紫外光激励紫外光的频率的频率(波长波长)与强度
40、与强度(振幅振幅)等外界因素有关。等外界因素有关。64PPT课件 任何能发出荧光的物质都具有任何能发出荧光的物质都具有两种特征光谱两种特征光谱：激发光谱激发光谱 荧光光谱。荧光光谱。激发光谱：激发光谱：用用不同波长的单色光不同波长的单色光激发荧光物质使之发光，然后测定激发荧光物质使之发光，然后测定每一每一波长的激发光波长的激发光所产生的所产生的荧光强度荧光强度；以激发光波长以激发光波长为横坐标，荧光强度为横坐标，荧光强度I I为纵坐标作图，便可得为纵坐标作图，便可得到到荧光物质的激发光谱荧光物质的激发光谱。65PPT课件发射光谱：发射光谱：固定激发光波长和强度固定激发光波长和强度，而让物质所发
41、射的，而让物质所发射的荧光荧光通过单色器通过单色器分光分光，以测定不同波长时的荧光强度，以荧光的波长，以测定不同波长时的荧光强度，以荧光的波长为横坐为横坐标，荧光强度标，荧光强度I I为纵坐标作图，便得到荧光光谱，又称荧光发射为纵坐标作图，便得到荧光光谱，又称荧光发射光谱。光谱。荧光光谱表示该物质所产生的荧光中各种不同波长的组荧光光谱表示该物质所产生的荧光中各种不同波长的组分所占的分所占的相对强度相对强度，荧光光谱的形状与激发光，荧光光谱的形状与激发光波长无关波长无关。一般地讲：一般地讲：气态、蒸气态气态、蒸气态的荧光物质的荧光表现为的荧光物质的荧光表现为线状线状光谱；光谱；液态和固态液态和固
42、态的荧光物质表现为的荧光物质表现为带状带状光谱。光谱。66PPT课件二、紫外光的检测技术应用二、紫外光的检测技术应用 1 1荧光检测花生的黄曲霉素荧光检测花生的黄曲霉素334-365nm 在目镜处观察到的是在目镜处观察到的是蓝色荧光蓝色荧光，该蓝光是，该蓝光是黄曲霉素黄曲霉素B B1 1发出的荧发出的荧光光.67PPT课件从两幅图可以得出如下结论：从两幅图可以得出如下结论：随着花生仁随着花生仁变色变质程度变色变质程度的发展，的发展，表面荧光强度表面荧光强度明显增强。明显增强。三类花生仁的三类花生仁的最佳激发波长最佳激发波长，即产生荧光最强的波长约为，即产生荧光最强的波长约为300nm300nm
43、。（但要得到此激发光较难，特别是在实际生产中现场检测，而（但要得到此激发光较难，特别是在实际生产中现场检测，而普普通高压汞灯通高压汞灯很容易产生波长很容易产生波长365nm365nm的激发光）的激发光）在此条件下的在此条件下的荧光峰值荧光峰值在在430430480nm480nm之间，即呈现的荧光颜色之间，即呈现的荧光颜色为为蓝光蓝光。正常仁的荧光强度低于霉变严重仁。正常仁的荧光强度低于霉变严重仁(类类)和霉变较轻仁和霉变较轻仁(类类)，而峰值波长基本相同。，而峰值波长基本相同。68PPT课件 问题：问题：在常用在常用白色日光灯白色日光灯下，目视可检出受损伤的柑橘；下，目视可检出受损伤的柑橘；C
44、CDCCD摄像机摄像机摄取的图像有时摄取的图像有时很难清晰地区别很难清晰地区别正常部位和损伤部正常部位和损伤部位，这是受损柑橘的正常部位和损伤部位的位，这是受损柑橘的正常部位和损伤部位的颜色差别不大颜色差别不大的缘故；的缘故；紫外光源紫外光源下可利用图像检测。下可利用图像检测。69PPT课件v原理原理：v在柑橘果皮的细胞里含有被称为在柑橘果皮的细胞里含有被称为精油精油的物质；的物质；v当该物质从当该物质从破损的细胞破损的细胞中漏出果皮表面受到中漏出果皮表面受到紫外光照射紫外光照射时，时，在波长在波长560nm560nm处发出处发出很强的荧光很强的荧光，而正常部位的荧光强度，而正常部位的荧光强度
45、很很弱弱；v就产生了正常部位与损伤部位的就产生了正常部位与损伤部位的辉度差辉度差，利用正常部位与损，利用正常部位与损伤部位的伤部位的荧光发光强度荧光发光强度的不同，通过计算机进行数据处理后的不同，通过计算机进行数据处理后即可以进行即可以进行柑橘的分级柑橘的分级。70PPT课件波长波长560nm71PPT课件 柑橘的正常部位和损伤柑橘的正常部位和损伤部位之间的部位之间的荧光强度差荧光强度差是是进行损伤果检测的重要参进行损伤果检测的重要参数数 该荧光强度差该荧光强度差越越大越容易大越容易区分。区分。在波长在波长500-600nm500-600nm范范围内，损伤部位比正常部围内，损伤部位比正常部位的
46、荧光强度起伏大，平位的荧光强度起伏大，平均值均值高于正常部位高于正常部位，特别特别是在是在550-570nm550-570nm间更为明间更为明显。显。220nm/365nm72PPT课件柑橘的柑橘的成熟度评价成熟度评价:成熟果成熟果的表面颜色是的表面颜色是全橙红全橙红色；色；半成熟果半成熟果的表面颜色为橙红的表面颜色为橙红色和绿色色和绿色各一半各一半；未成熟果未成熟果的表面颜色为的表面颜色为全绿全绿色。色。73PPT课件v柑橘发出的柑橘发出的荧光强度荧光强度按成熟果、半成熟果、未成熟果按成熟果、半成熟果、未成熟果依依次减弱次减弱，且峰值波长，且峰值波长逐渐变小逐渐变小。v原因：原因：可以被认为
47、随着柑橘的成熟，可以被认为随着柑橘的成熟，精油逐渐增多精油逐渐增多，果，果皮一旦破损，皮一旦破损，露出表面的也多露出表面的也多，荧光也随之变强。，荧光也随之变强。v另外：另外：成熟度不同，成熟度不同，峰值波长峰值波长也随之变化，反映出光的也随之变化，反映出光的颜色也在变化。颜色也在变化。74PPT课件v近红外光近红外光(NIR,Near Infrared spectroscopyNIR,Near Infrared spectroscopy):):v指波长在指波长在7807802526nm2526nm范围内的电磁波，范围内的电磁波，近红外近红外0.750.75m-2.5mm-2.5m、中红外中红
48、外2.5m-25m2.5m-25m、远红外远红外25m-25m-1000m1000m）。）。v近红外光谱主要是反映近红外光谱主要是反映C-HC-H、O-HO-H、N-HN-H、S-S-H H等化学键等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖的信息，因此分析范围几乎可覆盖所有的有所有的有机化合物机化合物和和混合物混合物。75PPT课件v石化领域石化领域：油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰：油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰 v 点、凝固点、含量等；点、凝固点、含量等；v农业领域农业领域：谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等；：谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等；v医药领域医药领
49、域：药品中有效成分，组成和含量；：药品中有效成分，组成和含量；v样品的种类鉴别样品的种类鉴别：酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分：酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分 v 检等。检等。76PPT课件一、近红外光谱分析原理 主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团含氢基团X-HX-H（X=CX=C、N N、O O）振动的）振动的倍频和合频吸收倍频和合频吸收。不同基团不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团同一基团在不同化在不同化学环境中的近
50、红外学环境中的近红外吸收波长吸收波长与与强度强度都有明显差别，都有明显差别，NIRNIR光谱具有光谱具有丰富的丰富的结构和组成信息结构和组成信息，非常适合用于，非常适合用于碳氢有机物质碳氢有机物质的组成与性的组成与性质的测量。质的测量。77PPT课件1.透射光谱法透射光谱法 2.反射光谱法反射光谱法 常规分析方法78PPT课件1.透射光谱法v透射光谱法透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分检测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互作用后的光。子相互作用后的光。v若样品是若样品是透明的真溶