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基于激光拉曼光谱的脐橙内部品质无损检测技术研究∗ 药林桃 刘木华 胡淑芬 段武茂 （江西农业大学工学院，江西 南昌 330045） 摘要：本文初步探讨了运用激光拉曼光谱技术来检测脐橙内部品质的方法。应用激光拉曼光谱仪获取脐橙 拉曼谱线，通过对拉曼谱线处理与分析得到谱线特征值，运用 BP 神经网络对特征值与脐橙内部品质表现 出的糖度与硬度图像灰度值进行预测，预测结果与实验测的值误差很小。结果表明，激光拉曼技术检测脐 橙内部品质是可行的。 关键词：激光拉曼光谱，糖度，硬度，BP 神经网络 1.引言 水果的糖酸度、硬度等内部品质的无损检测受以普遍关注。利用水果的光学特性检测水果内部品质已 提出许多方法。通过近红外光谱分析技术（NIRS ）可以实现一些内部或者外部质量参数的准确、快速的测 量。Gerald S. Birth等人[1]利用光密度差法开展了苹果水心病NIR无损检测的研究。D.C.Slaughter[2]对桃子、 油桃的内部品质进行了近红外反射光谱法试验研究。 下面是拉曼光谱的一些具体优点： 1.一些在红外光谱中为弱吸收或强度变化的谱带，在拉曼光谱中可能为强谱带，从而有利于这些基团 的检出。 2.拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于提供重原子的振动信息。 3.对于结构的变化，拉曼光谱有可能比红外光谱更敏感。 4.特别适合于研究水溶液体系。 5. 比红外光谱有更好的分辨率。 6.固体样品可直接测定，无需制样 由于激光具有优异的方向性、单色性、相干性及能量高度集中等特点，运用激光对水果进行无损检测 也有许多进展。Moya等[3]应用激光（可见光）反射光谱技术研究了西红柿的糖酸度、质地、PH 、成熟度、 干物质等的检测方法。Renfu Lu[4]应用成像光谱仪，摄像机和计算机来分析激光照射水果时的吸收和发射 光，并对苹果和桃子进行了测试。本文应用激光研拉曼光谱技术进行了脐橙内部品质检测方法的研究。方 法检测精度高，推广前景好。 2.材料与方法 2.1 激光拉曼检测原理 1928 年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射， 同年稍后在苏联和法国也被观察到。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利 散射；频率对称分布在υ 两侧的谱线或谱带υ ±υ 即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ －υ 又称为斯托克 0 0 1 0 1 斯线，频率较大的成分υ ＋υ 又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞 0 1 -3 ，拉曼光谱强度大约只 利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的 10 -3 。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的 有瑞利线的 10 理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ 的光子，发射υ －υ 的光子，同时分子 0 0 1 从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为υ 的光子，发射υ ＋υ 的光子，同时分子从高能态 0 0 1 跃迁到低能态（反斯托克斯线 ) 。分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转 动能级，发射的是大拉曼光谱。与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱[5] 。激光 器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。由于水的散射光谱很弱，因 此对农产品中成分检测是极为有利的。 水果内部质量的光学指数，是所基于的水果内部质量特征与光谱响应的相关性的表征，这些相关性通 常是指色素和化学成分。当光线与生物组织相互作用时，吸