不同巧克力的吸收光譜

時間：2023-4-17 閱讀：332

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北京愛萬提斯科技有限公司--Avantes
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你知道嗎？這些關(guān)于“巧克力"的知識

情人節(jié)是全國性和全球性節(jié)日之一。這個浪漫的節(jié)日始于14世紀(jì)左右，是一個為了慶祝愛情互贈深情問候和禮物的節(jié)日，其中廣為人知的禮物是香氣撲鼻的鮮花和香甜可口的巧克力。雖然“巧克力"一詞包含的糖果類別比較廣泛，但對于某些特定的巧克力，它們的定義卻非常嚴(yán)格。任何被定義為“牛奶巧克力"的巧克力都必須含有可可脂，可可固體，至少12%的牛奶和10%的可可。

這還只是“牛奶巧克力"的限度指標(biāo)，高品質(zhì)的牛奶巧克力一般含有30-40%的可可。剩余成分可能是糖、香草、乳化劑和其他調(diào)味品。“白巧克力"必須含有至少14%的牛奶和20%的可可，但不含可可固體，這可以消除巧克力自身的果味和苦味。

“黑巧克力"中必須含有至少35%的可可，一般情況下這個比例接近60-70%，最高可達(dá)90%左右，規(guī)定要求不含牛奶，但通常會有微量的牛奶。

PART01

實驗設(shè)想

通常這些不同的巧克力類型可以通過肉眼可觀察的顏色和材質(zhì)來區(qū)分。但我們也可以跟據(jù)他們的組成成分——即它們的分子組成來區(qū)分。本實驗中，我們將使用近紅外光譜法來實現(xiàn)。

圖1：實驗中使用的五種

巧克力樣品和白參考

從左到右:牛奶巧克力、廉價牛奶巧克力、白巧克力、可可含量為78%的黑巧克力、可可含量為92%的黑巧克力、Avantes的白色參考瓦（WS-2）。

PART02

實驗儀器

本實驗使用的光譜儀(圖2)是AvaSpec-NIR256-1.7-EVO近紅外光纖光譜儀。這款近紅外光譜儀測量范圍高達(dá)1.7 μm，采用高靈敏度光學(xué)平臺，具有良好的性能參數(shù)，采樣速度可達(dá)0.53 ms，積分時間可短至10μs。

圖2：AvaSpec-NIR256-1.7-EVO (左)，積分球和巧克力樣品 (右)

AvaSpec-NIR256-1.7-EVO配備了InGaAs(銦鎵砷)陣列探測器，USB3 和千兆以太網(wǎng)接口的超低噪聲電路板。可以選擇不同光柵和狹縫。光譜儀的數(shù)字和模擬I / O 接口可實現(xiàn)對光譜儀的外觸發(fā)以及對脈沖光源和快門和的控制，并且可以通過軟件選擇兩種不同的增益模式，即高靈敏度模式（HS，默認(rèn)）和低噪聲（LN）模式。

本實驗使用的光源為AvaSphere-50-LS-HAL-12V內(nèi)置鹵素?zé)艄庠矗▓D3）的積分球。此積分球?qū)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important; color: rgb(213, 24, 36);">反射應(yīng)用而設(shè)計，但也適用于低反射材料和近紅外光譜測量。

圖3：AvaSphere-50-LS-HAL

-12V內(nèi)置鹵素?zé)艄庠?/span>

內(nèi)置鹵素?zé)艄庠吹姆e分球為樣品提供漫射鹵素光，可以避免產(chǎn)生與光纖耦合相關(guān)的損耗，與我們的標(biāo)準(zhǔn)反射積分球相比，樣品上的光照強(qiáng)度高達(dá)160倍。AvaSphere-50-LS-HAL-12V積分球內(nèi)徑為50mm，有一個10mm直徑的采樣口，一個SMA參比端口，以及一個準(zhǔn)直的SMA端口，用于收集AvaSpec光譜儀的信號。

本實驗使用的其他配件包括:

一個將巧克力樣品與積分球隔開的玻璃
白色參考瓦(WS-2)，做為參考來比較每個巧克力樣品
600微米芯徑光纖(FC-UVIR600-1-BX)，連接積分球和光譜儀

PART03

實驗方法

除了便宜的牛奶巧克力樣品是一塊單獨的巧克力外，每個巧克力樣品都是從一塊完整的巧克力上掰下來的。每個樣品都儲存在21℃左右的房間抽屜里，以確保巧克力不會熔化。測量時，每個巧克力樣品先分別放置在玻片上，然后將玻片放在積分球的樣品端口上(圖4)。

圖4：用玻璃隔開積分球與巧克力

這個玻璃可以防止巧克力碎屑進(jìn)入積分球造成污染，同時，也可以使測量距離更一致得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。首先測量白色參考瓷作為我們的白參考，將其放置在玻璃上確保測量距離的一致性。

我們使用AvaSoft軟件中的T-吸光度模式，其計數(shù)單位為A.U.。AvaSoft是我們定制的數(shù)據(jù)分析軟件包。這種模式是專門為吸光度應(yīng)用而設(shè)計的。本實驗中，我們將白色參考瓦作為白參考。將積分時間設(shè)置為3ms左右，積分時間可以增加或減少一次測量的光量，影響測量光譜的整體幅度。我們將平均次數(shù)設(shè)置為100，是指將100個值平均在一起，以提供更一致的光譜結(jié)果。當(dāng)積分時間較短時，可以使用比較高的平均次數(shù)。

PART04

實驗結(jié)果

實驗所得光譜圖如下圖所示

圖5:牛奶巧克力樣品的吸收光譜

峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，吸光度分別為0.50 A.U.和0.74 A.U.

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圖6:廉價牛奶巧克力樣品的吸收光譜

峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應(yīng)的吸光度分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.

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圖7:白巧克力樣品的吸收光譜

峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應(yīng)的吸光度分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.

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圖8:可可含量為78%的

黑巧克力樣品的吸收光譜

峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應(yīng)的吸光度分別為0.53 A.U.和0.68 A.U.

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圖9: 可可含量為92%的

黑巧克力樣品的吸收光譜

峰值在1128.26 nm和1322.60 nm，兩處波長對應(yīng)的吸光度分別為0.52 A.U.和0.62 A.U.

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圖10:結(jié)果對比圖

牛奶巧克力樣品(藍(lán)色)、廉價牛奶巧克力樣品(紅色)、白巧克力樣品(淺綠色)、可可含量為78%的黑巧克力樣品(暗紅色)和可可含量為92%的黑巧克力樣品(深綠色)的吸收光譜

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所有巧克力樣品的吸收光譜均在1209.81 nm和1437.32 nm處測量到峰值。

數(shù)據(jù)說明：牛奶巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.50 A.U.和0.74 A.U.(圖5)。廉價牛奶巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.(圖6)。白巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.(圖7)?？煽珊繛?8%的黑巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.53 A.U.和0.68 A.U.(圖8)?？煽珊繛?2%的黑巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.62 A.U.(圖9)。五種巧克力的光譜圖可以表明峰值強(qiáng)度的差異(圖10)。

在1209.81 nm處，吸光度由高到低分別為：可可含量為78%的黑巧克力樣品，可可含量為92%的黑巧克力樣品，白巧克力樣品，廉價牛奶巧克力樣品。在1437.32 nm處，吸光度由高到低分別為：白巧克力，廉價牛奶巧克力，牛奶巧克力，可可含量為78%的黑巧克力樣品，可可含量為92%的黑巧克力樣品。由此可以假設(shè)這個峰值表示糖含量。

結(jié)論：平均每份巧克力樣品為28g，白巧克力含15g糖，廉價牛奶巧克力含16克糖，牛奶巧克力含12g糖，可可含量為78%的黑巧克力含5g糖，可可含量為92%的黑巧克力含2g糖。這僅表明一個猜想，類似的如牛奶固體和其他調(diào)味料的趨勢可以從其他成分中得出。

PART05

實驗后記

總之，本實驗通過使用近紅外光譜觀察到了不同類型巧克力之間的差異。然而，必須使用進(jìn)一步的計量分析來充分解釋和量化這些測量的差異。

AvaSpec-NIR256-1.7-EVO光纖光譜儀是一款高度通用的近紅外光譜儀，可以定制以適配您的需求。

AvaSphere-50-LS-HAL-12V內(nèi)置鹵素?zé)舴e分球是專門為反射率測量而設(shè)計的，但也可用在任何可能存在信號強(qiáng)度有限問題的應(yīng)用，如近紅外光譜測量。