無損檢測新技術(shù)概論

食品品質(zhì)無損檢測新技術(shù)2023/1/122第一章概述一、課程介紹二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵三、無損檢測的特點四、無損檢測的方法五、過程檢測的5個發(fā)展階段六、無損檢測的發(fā)展與展望2023/1/123主要目錄第一章概述第二章利用電特性的檢測技術(shù)第三章利用力學特性的檢測技術(shù)第四章利用光學特性的檢測技術(shù)第五章利用其他特性的檢測技術(shù)第六章化學計量學基本內(nèi)容與方法2023/1/124第一章概述課程的特點：《無損檢測新技術(shù)》是一門涉及物理、化學、電子、光學、計算機、現(xiàn)代儀器分析和應(yīng)用數(shù)學等多學科的綜合技術(shù)，因此學習本課程時需要的相關(guān)理論比較多。課程的重點：以幾種常用的無損檢測新技術(shù)為例，介紹無損檢測的基本原理和方法。課程的目的：立足應(yīng)用，盡量簡單，初步掌握該技術(shù)的有關(guān)基礎(chǔ)知識，為進一步學習打下基礎(chǔ)。

一、課程介紹2023/1/125第一章概述二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵１.品質(zhì)的定義： 反映某一物體的某些性質(zhì)的一個模糊概念。２.品質(zhì)的分類： 反映物體外表特征的外表品質(zhì) 反映物體基本物理性質(zhì)的品質(zhì) 反映物體內(nèi)部特征的內(nèi)部品質(zhì)2023/1/126第一章概述二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵外表品質(zhì)2023/1/127第一章概述二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵外表品質(zhì)2023/1/128第一章概述二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵外表品質(zhì)2023/1/129第一章概述二、品質(zhì)的定義與內(nèi)涵外表品質(zhì)2023/1/1210第一章概述三、無損檢測的特點1.無須大量的試劑、溶媒等，可減少經(jīng)費，無環(huán)境污染。2.不需要前處理，試料制作簡單，可迅速分析，分析精度高。測試技術(shù)簡單，不需要特別熟練的技術(shù)。適合各種環(huán)境中工作。3.能即時檢測，適用于在線檢測(即在流水線上檢測)?？蓪Ξa(chǎn)品全數(shù)檢查，使品質(zhì)管理更加合理化，而且為生產(chǎn)過程的自動化創(chuàng)造了條件。4.同一檢體可反復使用。適合對檢體的跟蹤連續(xù)測定，例如食品貯藏試驗，可消除檢體間的個體差異，對同一檢體連續(xù)多次測定。5.可以在單元操作下獲得多個信息。因而能測得有關(guān)食品的綜合信息，如品質(zhì)特性等。2023/1/1211第一章概述四、無損檢測的方法工作原理圖對象物信號放大器

信號檢測及處理對象物理化學特性輸入能輸出能信號圖1.1

無損檢測方法原理圖按使用的能量分類，無損檢測法有光學方法、放射線法、 電磁法、力學方法及其它方法

2023/1/1212第一章概述四、無損檢測的方法工作步驟1.檢測系統(tǒng)的參數(shù)合理選擇；2.收集樣本，一般在50～80個左右，一部分用作定標方程的建立,另一部分用作對定標方程的檢驗；3.對樣本進行物理檢測；4.按標準對樣本進行經(jīng)典的化學法測量待測指標的含量；5.運用化學計量學建立化學值與物理量間的定標方程；6.將預測樣本的數(shù)據(jù)代入定標方程算出理論化學值；7.誤差分析，若誤差太大，改變方法，返回到第(5)。2023/1/1213第一章概述四、無損檢測的方法工作關(guān)系圖已知含量未知含量關(guān)聯(lián)模型定標樣品待測樣品化學計量學方法2023/1/1214第一章概述四、無損檢測的方法

利用紫外、可見、紅外等光線和物體的相互作用而產(chǎn)生的吸收和反射等現(xiàn)象。利用紫外光作激勵光源照射食品獲得食品上的輻射熒光，根據(jù)熒光的強度可以判別食品上附著的微生物的代謝物；檢出蛋品中霉菌；利用熒光檢測花生類干果上附著的微生物及其代謝物如黃曲霉素。光學方法2023/1/1215第一章概述四、無損檢測的方法Χ、β、Υ等放射線（波長為0.01～10nm）和光一樣具有透射、反射和漫射等性質(zhì)。Χ、β線主要用于測定物體的密度差、判別內(nèi)部缺陷和異物檢出。如：判定球形瓜果類食品中的空洞（例如西瓜的空洞）、生菜的結(jié)球度判定、已損傷蘋果及柑橘類水果的內(nèi)部品質(zhì)測定、罐頭裝填量測定等。用Υ線的透過性測定肉糜中脂肪含量，其測定精度與例行的化學分析法比較，其標準偏差在1%以內(nèi)，而測定時間僅為5～10s。其中軟Χ射線近來在國內(nèi)非常受到重視。放射線方法2023/1/1216第一章概述四、無損檢測的方法利用音波和振動可測出食品的品質(zhì)（硬度、粘度等），檢查對象物內(nèi)部的組織狀態(tài)。利用音波傳播速度的音波透射法測定牛乳中脂肪含量及大豆的水分；用超聲波在物體中密度有差異處的反射波測定法，檢查家禽的肉質(zhì)、脂肪層厚、里脊肉斷面等；利用激振法或打擊反響音法測定蘋果、西瓜等的成熟度及內(nèi)部缺陷測定蛋和罐頭食品的新鮮度等。

力學方法方法2023/1/1217第一章概述四、無損檢測的方法電磁法分為主動特性法和被動特性法兩種。主動特性法是利用被測對象自身所具有的某種電磁特性，如生物電等的測量方法；被動特性法是將對象物置于電磁場內(nèi)，受電磁影響后反過來對外部環(huán)境施加影響的特性的測量方法，如：介電常數(shù)、核磁共振（NMR）和電子旋轉(zhuǎn)共振（ESR）等方法。例如：利用食品含水率與其本身電阻、介電常數(shù)的相關(guān)性，如交流電阻式、直流電阻式、高頻電阻式、高頻電容式等檢測方式。電磁方法2023/1/1218第一章概述四、無損檢測的方法由于食品的氧化等反應(yīng)過程中會產(chǎn)生光電子，新鮮果品發(fā)出的光電子與其活性之間具有較大的相關(guān)性，所以，用光電子計數(shù)器直接統(tǒng)計光電子數(shù)，可以測定食品的氧化過程以及果品的新鮮度。其他如氣相色譜儀、液體色譜分離法用于測定、分析食品成分已較為普遍了?，F(xiàn)在也有人從事利用生物傳感器判定果品鮮度和成熟度研究的?；瘜W發(fā)光法及其他方法第一章概述四、無損檢測的方法圖解-1

第一章概述四、無損檢測的方法圖解-2

第一章概述四、無損檢測的方法圖解-3

第一章概述四、無損檢測的方法圖解-4

2023/1/1223第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段五、過程檢測的5個發(fā)展階段有人將過程分析化學的發(fā)展過程分為5個階段，（1）離線檢測（off-line）；（2）現(xiàn)場檢測（at-line）；（3）側(cè)線在線檢測（on-line）；（4）定位實時在線檢測（in-line）；（5）非接觸性檢測（noninvasive

）。

2023/1/1224第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段（1）離線檢測

由人工從確定的采樣點取樣，送中心實驗室，按確定的方法進行檢測的過程。原料、中間產(chǎn)品及成品檢測中仍占絕大多數(shù)。優(yōu)點：檢測分析過程嚴格執(zhí)行標準，數(shù)據(jù)可靠，可以找專家或通過其它方法對照驗證。問題：1.報告結(jié)果不及時，報告結(jié)果時間與取樣時間間隔較長，有時嚴重滯后于生產(chǎn)過程；2.對穩(wěn)定性差的樣品檢測分析結(jié)果可能不準確；3.在許多情況下，人工采樣是不允許或不可能的，因為采樣地點危險或采樣可能導致流程的改變或產(chǎn)品的破壞。

2023/1/1225第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段（2）現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測與離線檢測的差別是將分析儀器安裝在生產(chǎn)線附近，由人工從生產(chǎn)線上取下樣品后立即測定?，F(xiàn)場分析儀器與實驗室中使用的儀器相比，抗環(huán)境干擾的能力必須大大增強，現(xiàn)場檢測可以縮短從取樣到檢測的時間，提高了對生產(chǎn)過程的指導性?，F(xiàn)場分析儀器大多為一些專項指標所設(shè)計，相對比較簡單，操作也比較容易。

2023/1/1226第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段（3）側(cè)線在線檢測

從反應(yīng)裝置或管線通過側(cè)線將樣品引出，再通過自動取樣系統(tǒng)將樣品引入儀器進行測量的過程。側(cè)線在線檢測有兩種類型：間歇取樣和連續(xù)取樣。消除了人工取樣的過程，這對惡劣、危險環(huán)境中無法人工取樣的生產(chǎn)過程是非常重要的。與離線和現(xiàn)場檢測相比，在線檢測進一步提高了分析數(shù)據(jù)的反饋速度，解決了生產(chǎn)裝置閉路控制中的樣品分析問題，同時也避免了樣品脫離反應(yīng)器或裝置可能導致的樣品變異問題。這類在線檢測的缺點是需要將樣品由取樣部位通過側(cè)線引出，并使樣品的溫度、壓力適應(yīng)分析儀器的需要。

2023/1/12272023/1/1228第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段（4）定位實時在線檢測鑒于側(cè)線在線檢測的缺陷，過程檢測又向定位實時在線檢測的方向發(fā)展。定位實時在線檢測就是將適當?shù)膫鞲衅骰驕y樣探頭直接插入確定的測樣部位測量所需要的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。由于不再存在樣品的運送或側(cè)線傳輸問題，定位檢測可以真正意義上實時檢測,但傳感器或測樣探頭能否抵御測樣環(huán)境中各種因素的影響，對具體的檢測過程是值得考慮的問題。

2023/1/1229第一章概述五、過程檢測的的5個發(fā)展階段（5）非接觸性檢測非接觸性檢測也許是分析化學及過程檢測分析發(fā)展的最高境界。在非接觸性檢測中，儀器不需要接觸和破壞樣品，通過例如光的探測器或微波遙感等方法，即可獲得樣品的有關(guān)信息而實現(xiàn)過程控制,光譜在過程檢測中的許多應(yīng)用大都屬于這類檢測。如在漫反射和透射檢測中光作用于樣品，然后將光所攜帶的樣品信息由探測器檢測，從檢測的光信號中提取樣品的組成或性質(zhì)信息。

2023/1/1230第一章概述六、無損檢測的發(fā)展與展望所謂無損檢測，按其字義講，就是不破壞對象物原來的狀態(tài)，為了獲取與對象物的品質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容、性質(zhì)和成分等物理化學情報所采用的檢查方法。隨著電子工業(yè)的飛躍發(fā)展，以及各種高精度的傳感器、探測器和高速度的計算機在農(nóng)產(chǎn)品加工機械和食品加工工業(yè)上愈來愈多的應(yīng)用，徹底對食品進行品質(zhì)檢測已從需要變成可能。生產(chǎn)的高度自動化、高效率化也要求用全數(shù)檢測代替以往的用樣本抽樣檢查的品質(zhì)管理統(tǒng)計方法，無損檢測法為上述要求提供了充分的可能性。2023/1/1231第一章概述六、無損檢測的發(fā)展與展望無損檢測技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品和食品加工工業(yè)是近30年的事，是高新技術(shù)的電子計算機技術(shù)和應(yīng)用物理技術(shù)以及農(nóng)業(yè)科學和食品科學相結(jié)合的新興的交叉科學，伴隨著各種高精度的光、電、磁、聲、力學等傳感器的研制開發(fā)，無損檢測技術(shù)在技術(shù)發(fā)達國家已得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。我國的食品和農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)從工藝到管理都相當落后，要改變這種面貌，應(yīng)該全面考慮技術(shù)改造和提高技術(shù)管理水平的，逐步將高技術(shù)應(yīng)用到這些行業(yè)中去。為此，無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用無疑是高等院校和科研部門、生產(chǎn)廠家必須考慮的問題。

2023/1/1232第一章概述六、無損檢測的發(fā)展與展望

加拿大在輸出小麥時主要檢測小麥的蛋白質(zhì)含量并進行打分，每年檢測為60萬個，現(xiàn)在有80～90%采用近紅外無損檢測法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凱氏定氮法，每年可節(jié)約50萬美元檢測費用。

米的食味的主要因素是蛋白質(zhì)含量。日本北海道農(nóng)業(yè)試驗場需要改良水稻的品種，由于季節(jié)性限制，要求半年內(nèi)檢查萬個檢體，但傳統(tǒng)的凱氏定氮法一年只能檢查2千個檢體，用了效率高90倍的近紅外法，成功地解決了困難。

脫脂大豆粉生產(chǎn)時，每隔4h從生產(chǎn)線上取樣分析蛋白質(zhì)含量。不能準確地控制制造條件和確定事故發(fā)生的時間，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在工藝管理上不得不設(shè)定比產(chǎn)品嚴格得多的數(shù)值，這是一種不合理的品質(zhì)管理方法。而用無損檢測法可以很快測定多