分光测色仪在我们日常生活中的应用场景是怎样的？

分光测色仪是颜色测量中最基本的仪器，它通过测量物体反射光的相对光谱功率分布，得到物体表面的反射光谱，再与CIE光谱三刺激值加权相乘，积分后求出样品表面颜色的三刺激值、色坐标、色差等其他参数。那么，分光测色仪在我们的日常生活中的应用场景是怎样的呢？本文对分光测色仪的原理结构组成及其在日常生活中的应用场景做了介绍。

分光测色仪的原理及结构组成：

分光测色仪是颜色测量中最基本的仪器，其不直接测量颜色，而是测量样品的光谱反射特性或光谱透射特性，经过计算求得样品颜色的三刺激值。现代的分光测色仪由照明光源、提供单色光的色散系统和对通过仪器的光辐射进行测量的探测器系统组成。通常在仪器内部将由色散系统产生的单色辐射分成样品光束和参考两条光路。当将样品放在样品光路内时，两条光束相等的状态被破坏，探测器检测到差别，得到该波长上样品的透射比或反射比。

分光测色仪器设计时必须按照CIE规定的几何条件安排光路，可选择其中一种或多种条件。仪器测试的数据也应说明是在何种条件下测量的结果。

无论反射式还是透射式的分光测色仪，一般都由照明光源、单色器、光电转换部分、数据采集与处理部分等组成，具体情况如下：

1.照明光源

在测色分光光度计中，照明光源并不等同于标准照明体。对照明光源的选择的基本原则是必须在仪器的整个波长范围内发出连续的光辐射，且在每一波长上都应有足够的能量，使探测元件有足够的信噪比。常用的照明光源包括卤素灯、脉冲氩灯等。可利用透镜或反射镜将光源成像在单色器的入射缝上以提高狭缝的照度，照在入射缝上的光应尽可能均匀。

2.单色器

单色器是测色分光光度计中的关键部分，它将照明光源发出的光能量分解为不同波长的单色光，然后进入光电转换环节。根据单色器中色散元件的不同大致有以下几类：

（1）棱镜或光栅分光的单色器。这种单色器是较高级的分光测色仪器中最常用的一种。它利用棱镜或光栅将光源能量色散成波长的函数，不同波长的单色光依次在空间排列成光谱带。转动色散元件或其他光学零件来控制落在单色器出射缝上单色光的波长。利用入、出射缝的宽度来控制单色光的带宽。为了得到更纯的单色光并减少仪器内的杂散光，有时一级单色器还不能满足要求，常将第一级单色器输出的单色光作为光源输入第二级单色器，再进行一次色散，这样组合在一起使用的单色器叫作双联单色器。一级单色器的杂散光只达到0.1%左右，而有些双联单色器可低到0.0001%。

（2）滤光片分光的单色器。棱镜或光栅单色器结构较复杂，制造精度高，价格贵。由于相当多的颜色样品具有较平缓的光谱透射比或反射比曲线，可在整个波长范围内选择一些离散点来进行测量。这样对单色器的要求可简化，只需在有限个波长上提供一定带宽的单色光。

（3）可调谐滤光器。例如液晶调谐滤光器LCTF和声光调谐AOTF都是目前较为广泛使用的单色器。它们的光谱分辨率可以达到8nm左右。

（4）可调谐激光单色器。激光具有单色性好、能量高等优点，由于可调谐染料激光器等的发展，已能做到在一定波段内获得波长连续可调，单色性很好的强激光光束。这为测色工作提供了一种高性能的单色器。

3.光电转换部分

光电转换部分用光电探测元件将单色器输出的单色光转换为一系列电信号，从而测定颜色样品的光谱透射系数或光谱反射系数。

测色分光光度计中普遍采用线阵探测器进行探测，每个探测元件对应于一种窄波长带，于是一个给定的光谱范围投射到一列探测器上，可同时得到光谱信息，大大缩短测量时间。这类元件有光电二极管阵列、CCD阵列等。

4.数据采集与处理部分

测色分光光度计的数据采集与处理部分普遍采用微型计算机及其必要的电路接口，它将光电转换环节产生的电信号转换为数字信号并由计算机进行处理，最终得到光谱和色度参数。

分光测色仪在日常生活中的应用场景：

1.在面粉和稻米品质检测中应用

随着人民生活水平的提高，人们对面粉质量的要求也越来越高。白度是人们肉眼对物质色彩的一种感官印象，其特点是具有高的光亮度和低的彩度。传统的数字式白度计测出的白度值不能很好地表达面粉的色泽，因为白度值高的面粉用肉眼观察色泽并不一定很好，而且无法对白度进行量化分析。分光测色仪对面粉色泽的因素进行区分，确定了L*，a*，b*值，据此判断哪些数值的高低决定了面粉色泽的好坏，利用分光测色仪还可以精确地比较不同面粉样品之间的色差。

2.在植物油品质检测中的应用

目前，检验植物油的指标有很多，如酸价、碘价、过氧化值等。但是，由于化学方法比较麻烦而且还需大量有机溶剂，不但增加了检测成本，而且对检测者造成危害。因此，油脂色泽又成为油脂质量评价的依据之一。植物油脂具有各种不同的颜色，主要是由于油籽粒中含有类胡萝卜素、黄酮类色素、叶绿素、棉酚等多种色素物质，在制油过程中溶于油脂的缘故。油脂的色泽，除了与油籽粒的粒色有关之外，还与加工工艺以及精炼过程有关。此外，油脂品质变劣和油脂酸败也会导致油色变深。所以，测定油脂的色泽，可以了解油脂的纯净程度，加工工艺和精炼程度，也可判断是否变质。我国植物油国家标准中，常采用罗维朋比色计法测定色泽，并制定了相应的指标。然而目视比较油脂的颜色这种方法需要有熟练的经验和较高的素质，并且受环境因素的影响，分光测色仪的出现代替了这种目视比色法，更够更加客观、准确的测量油脂的颜色。

3.在肉类制品品质检测中的应用

原料肉的新鲜度对食品安全与人类健康的影响很大，因此对原料肉的新鲜度进行快速检验具有现实意义。肉品新鲜度检验主要从感官性状、腐败分解产物以及细菌污染程度等方面进行。感官鉴定虽然简便易行，但由于受感觉器官的极限性和人的主观性限制，对于变质初期肉和微生物的分解作用难以得出正确结论，尚需进行实验室补充检验。目前，新鲜度检验的方法和指标以及理化检验中pH、电导值的测定等，均受到品种、采样部位、家畜宰前状况等因素的影响，难以反映肉品新鲜度变化的真实情况。总挥发性盐基氮的测定是目前肉品新鲜度检测中最重要的理化指标，但检测时操作复杂，而且被检肉样蒸馏时间长短、蒸汽通入量大小、反应强弱、反应终点判定等均对测定值有较大影响，且这些因素较难控制。而分光测色仪法检测肉的新鲜度速度快、操作简便、条件容易控制，能规律性地反映肉的新鲜程度。

4.在葡萄酒品质检测中的应用

葡萄酒的色度是评价葡萄酒外观质量的一个重要指标。根据葡萄酒的色度和色调，能够判断一瓶葡萄酒的氧化程度和质量好坏，葡萄酒色度的高低，主要由葡萄酒中的酚类物质花色素、单宁等决定，花色素、单宁含量高，葡萄酒的颜色就深，色度值也就相反之，比较低。但是色素的各种性质，又受葡萄酒液的pH和某些试剂（如酸性亚硫酸钠）等影响，从而使酒的色度发生变化。使用分光测色仪测葡萄酒色度的方法，表明了随着pH增大，色度值也增大。此外通过检测天然葡萄色素色度或合成色素含量可鉴定葡萄原汁。该方法可限量测定葡萄酒原汁含量，现象明显直观，准确可靠。

5.在茶叶品质检测中的应用

茶色色泽是指茶叶在自然状态下所表现出来的颜色状况，它与茶叶品质关系密切，在一定程度上可以反映茶叶的品质状况。在茶叶感官品质评定中，干茶色泽、汤色、叶底在茶叶感官品质八项因子中占了三项，并依据成品茶色泽将茶叶分为绿茶、红茶、青茶（乌龙茶）、黄茶、黑茶及白茶六大茶类而形成各自的品质特征。茶叶色泽是多种色素类物质的综合反应。除茶黄素、茶红素在红茶中的含量较高外，其他色素物质含量都较少。理化测定某一种或几种色素的含量尚难以代表其色泽状况。但通过人的感官进行评定，又会受到多种因素的影响，其品质间的微小差别表现重现性较差。鉴于此，人们开始转向借助其它仪器对颜色的辨别。20世纪七十年代开始，日本有人将色差分析法应用于茶叶色泽测定。研究表明，L*a*b*表色系具有均匀颜色，与人的视觉最相一致，也最直观，是茶叶色泽测定中首选的最佳色表色系。