不同巧克力的吸收光谱

本实验使用的光谱仪(图2)是AvaSpec-NIR256-1.7-EVO近红外光纤光谱仪。这款近红外光谱仪测量范围高达1.7 μm，采用高灵敏度光学平台，具有良好的性能参数，采样速度可达0.53 ms，积分时间可短至10μs。

AvaSpec-NIR256-1.7-EVO配备了InGaAs(铟镓砷)阵列探测器，USB3 和千兆以太网接口的超低噪声电路板。可以选择不同光栅和狭缝。光谱仪的数字和模拟I / O 接口可实现对光谱仪的外触发以及对脉冲光源和快门和的控制，并且可以通过软件选择两种不同的增益模式，即高灵敏度模式（HS，默认）和低噪声 （LN）模式。

本实验使用的光源为AvaSphere-50-LS-HAL-12V内置卤素灯光源（图3）的积分球。此积分球专为反射应用而设计，但也适用于低反射材料和近红外光谱测量。

内置卤素灯光源的积分球为样品提供漫射卤素光，可以避免产生与光纤耦合相关的损耗，与我们的标准反射积分球相比，样品上的光照强度高达160倍。AvaSphere-50-LS-HAL-12V积分球内径为50mm，有一个10mm直径的采样口，一个SMA参比端口，以及一个准直的SMA端口，用于收集AvaSpec光谱仪的信号。

本实验使用的其他配件包括:

• 一个将巧克力样品与积分球隔开的玻璃

• 白色参考瓦(WS-2)，做为参考来比较每个巧克力样品

• PART03

  

  实验方法

  
  

  
  

  除了便宜的牛奶巧克力样品是一块单独的巧克力外，每个巧克力样品都是从一块完整的巧克力上掰下来的。每个样品都储存在21℃左右的房间抽屉里，以确保巧克力不会熔化。测量时，每个巧克力样品先分别放置在玻片上，然后将玻片放在积分球的样品端口上(图4)。

  

  图4：用玻璃隔开积分球与巧克力

  这个玻璃可以防止巧克力碎屑进入积分球造成污染，同时，也可以使测量距离更一致得到更准确的结果。首先测量白色参考瓷作为我们的白参考，将其放置在玻璃上确保测量距离的一致性。

  我们使用AvaSoft软件中的T-吸光度模式，其计数单位为A.U.。AvaSoft是我们独家定制的数据分析软件包。这种模式是专门为吸光度应用而设计的。本实验中，我们将白色参考瓦作为白参考。将积分时间设置为3ms左右，积分时间可以增加或减少一次测量的光量，影响测量光谱的整体幅度。我们将平均次数设置为100，是指将100个值平均在一起，以提供更一致的光谱结果。当积分时间较短时，可以使用比较高的平均次数。

  
  

  PART04

  

  实验结果

  
  

  
  

  实验所得光谱图如下图所示

  图5:牛奶巧克力样品的吸收光谱

  

  峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，吸光度分别为0.50 A.U.和0.74 A.U.

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  图6:廉价牛奶巧克力样品的吸收光谱

  

  峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，两处波长对应的吸光度分别为0.52 A.U.和0.79 A.U.

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  图7:白巧克力样品的吸收光谱

  

  峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，两处波长对应的吸光度分别为0.52 A.U.和0.79 A.U.

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  图8:可可含量为78%的

  黑巧克力样品的吸收光谱

  

  峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，两处波长对应的吸光度分别为0.53 A.U.和0.68 A.U.

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  图9: 可可含量为92%的

  黑巧克力样品的吸收光谱

  

  峰值在1128.26 nm和1322.60 nm，两处波长对应的吸光度分别为0.52 A.U.和0.62 A.U.

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  图10:结果对比图

  

  牛奶巧克力样品(蓝色)、廉价牛奶巧克力样品(红色)、白巧克力样品(浅绿色)、可可含量为78%的黑巧克力样品(暗红色)和可可含量为92%的黑巧克力样品(深绿色)的吸收光谱

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  所有巧克力样品的吸收光谱均在1209.81 nm和1437.32 nm处测量到峰值。

  数据说明：牛奶巧克力样品在峰值处的吸光度值分别为0.50 A.U.和0.74 A.U.(图5)。廉价牛奶巧克力样品在峰值处的吸光度值分别为0.52 A.U.和0.79 A.U.(图6)。白巧克力样品在峰值处的吸光度值分别为0.52 A.U.和0.79 A.U.(图7)。可可含量为78%的黑巧克力样品在峰值处的吸光度值分别为0.53 A.U.和0.68 A.U.(图8)。可可含量为92%的黑巧克力样品在峰值处的吸光度值分别为0.52 A.U.和0.62 A.U.(图9)。五种巧克力的光谱图可以表明峰值强度的差异(图10)。

  在1209.81 nm处，吸光度由高到低分别为：可可含量为78%的黑巧克力样品，可可含量为92%的黑巧克力样品，白巧克力样品，廉价牛奶巧克力样品。在1437.32 nm处，吸光度由高到低分别为：白巧克力，廉价牛奶巧克力，牛奶巧克力，可可含量为78%的黑巧克力样品，可可含量为92%的黑巧克力样品。由此可以假设这个峰值表示糖含量。

  结论：平均每份巧克力样品为28g，白巧克力含15g糖，廉价牛奶巧克力含16克糖，牛奶巧克力含12g糖，可可含量为78%的黑巧克力含5g糖，可可含量为92%的黑巧克力含2g糖。这仅表明一个猜想，类似的如牛奶固体和其他调味料的趋势可以从其他成分中得出。

  
  

  PART05

  

  实验后记

  
  

  
  

  总之，本实验通过使用近红外光谱观察到了不同类型巧克力之间的差异。然而，必须使用进一步的计量分析来充分解释和量化这些测量的差异。

  AvaSpec-NIR256-1.7-EVO光纤光谱仪是一款高度通用的近红外光谱仪，可以定制以适配您的需求。

  AvaSphere-50-LS-HAL-12V内置卤素灯积分球是专门为反射率测量而设计的，但也可用在任何可能存在信号强度有限问题的应用，如近红外光谱测量。

  
  

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  600微米芯径光纤(FC-UVIR600-1-BX)，连接积分球和光谱仪

  
  

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