现代食品检测技术作业及答案

现代食品检测技术作业第一章：1.什么是计算机视觉技术，其主要包括哪几部分？计算机视觉技术是通过一个高清晰摄像头获取物体的图像。将图像转换成数字的图像，在利用计算机模拟人的判别准则去理解和识别图像，通过图像分析作出相应结论的实用的技术。部分：程序控制、事件检测、信息组织、物体与环境建模、交感互动。2.计算机视觉技术的图像处理技术中彩色图像处理原理。几乎所有的颜色都能由三种基本色彩混配出来，这三种颜色叫三基色。两种方法：相加混色红、绿、蓝，相减混色黄、青、品红。第二章：1.电子鼻和电子舌的工作原理是什么？主要包括哪些部件？原理：模拟生物的嗅觉和味觉形成过程。电子鼻：气味分子被人工嗅觉中的传感器阵列吸附产生信号，信号经处理加工与运输，再经模式识别系统做出判断。部件：气体传感器阵列、运放，滤波等电子线路、计算机电子舌：根据类脂或高聚物膜对味觉物质溶液产生电势变化的原理。部件：多通道类脂膜味觉传感器阵列、运放，滤波等电子线路、计算机2.在电子鼻和电子舌检测器中，为什么要组成气体传感器阵列？检测范围更宽、灵敏度高、可靠性高。3.电子鼻的传感器材必须具备的两个基本条件。（1）对多种气味均有响应，即通用性强，要求对成千上万种不同的嗅味在分子水平上作出鉴别（2）与嗅味分子的相互作用或反应必须是快速、可逆的、不产生任何记忆效应即有良好的还原性。第三章1.请联系课程所学的知识，利用一种现代食品检测技术检测西瓜的成熟度，并叙述出其详细原理、步骤和预期的结果？利用冲击振动检测西瓜的成熟度可以采用冲击振动方法无损检测西瓜的成熟度。冲击振动响应方法无损检测西瓜成熟度的原理：西瓜成熟后，瓜瓤的弹性模量变小，对某个质量一定的西瓜来说，固有频率必然降低，所以利用固有频率可以估算西瓜的成熟度，这就是冲击振动响应法进行西瓜成熟度无损检测的基本原理。西瓜固有频率测量试验装置如图1所示。为了得到西瓜的固有频率，试验中采用锤击激励，测量其瞬态激励力，由加速度计测量瞬态激励产生的响应。激励力和振动响应信号经电荷放大器放大后，送至B&K2032动态信号分析仪，经快速傅立叶变换运算（FFT），得到西瓜的频率响应函数。从实部和虚部曲线中，可得到各阶固有频率和幅值。激振点选择在西瓜直径最大的截面，测量位置位于同一截面激振点的对面。西瓜在冲击激励下产生的振动有多阶固有频率，经过对西瓜前4阶固有频率和幅值与其含糖量相关性的研究，发现仅基频(第1阶固有频率)与含糖量有较好的相关性(相关系数为0.80)，故以基频作为振动参数来研究西瓜的成熟度比较合适。采用冲击振动的方法，得到了与西瓜含糖量相关的基频振动参数，可实现西瓜的无损检验。但西瓜的质量对其基颇也有一定影响，在含糖量一定的情况下，质量小的西瓜比质量大的西瓜基频高。因此仅用基频一个参数来估计西瓜的成熟度(含糖量)是不完全的，必须考虑质量的影响。可采用*来表示西的成熟度，可称之为西瓜的成熟度指数，这与其他果蔬（如桃、梨、苹果等）的成熟度指数是一致的。最后再验证成熟度指数与含糖量之间的关系，就可以利用这个关系来检测西瓜的成熟度。第四章1.高效液相色谱法有哪些特点？高效、高速、灵敏度、高压2简述液相色谱中引起色谱峰扩展的主要因素，如何减少谱带扩张，提高柱效？主要因素：液相色谱中引起色谱峰扩展的主要因素为涡流扩散、流动相传质、停留流动相传质及柱外效应。在液相色谱中要减少谱带扩宽，提高柱效，要减少填料颗粒直径，减小填料孔穴深度，提高装填的均匀性，采用低黏度溶剂作流动相，流速尽可能低，同时要尽可能采用死体积较小的进样器、检测器、接头和传输管线等。3．简述高效液相色谱分离的原理，主要有哪几部分装置部件，各部分的作用是什么？（12分）原理：溶质在固定相和流动相之间进行的一种连续多次交换过程，它借溶质在两相之间分配系数、亲和力、吸附能力、离子交换或分子大小不同引起的排阻作用差别使不同溶质进行分离。高效液相色谱装置部件：输液泵、色谱柱、进样器、检测器、馏分收集器、数据获取和处理系统等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱(固定相)内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来。3.为什么作为高效液相色谱仪的流动相在使用前必须过滤、脱气？流动相中溶解气体存在以下几个方面的害处（1）气泡进入检测器，引起光吸收或电信号的变化，基线突然跳动，干扰检测；（2）溶解在溶剂中的气体进入色谱柱时，可能与流动相或固定相发生化学反应；（3）溶解气体还会引起某些样品的氧化降解，对分离和分析结果带来误差。因此，使用前必须进行脱气处理。4.分别指出下列物质在正相HPLC和反相HPLC中的洗脱顺序。(1)正己烷、正己醇、苯；(2)乙酸乙酯、乙醚、硝基丁烷正相；正己烷、苯、正己醇乙醚、硝基丁烷、乙酸乙酯反相：正己醇、苯、正己烷乙酸乙酯、硝基丁烷、乙醚5.何为反相液相色谱？流动相和固定相通常为哪类物质？以具有非极性表面的担体为固定相，以比固定相极性更强的溶剂系统为流动相的色谱分离技术。固定相：烃基硅烷的化学键合硅胶流动相：甲醇、乙醇、乙腈、水-甲醇、水-乙腈第五章1.色谱有哪几种定量方法，其中哪种是比较精确的定量方法，并简述之。高效液相色谱的定量方法与气相色谱定量方法类似，主要有归一化法、外标法、内标法和叠加法。其中内标法是比较精确的定量方法。内标法是在样品中加入一定量的某一物质作为内标进行的色谱分析，被测物的响应值与内标物的响应值之比是恒定的，此比值不随进样体积或操作期间所配制的溶液浓度变化而变化，因此得到较准确的分析结果。2.对气相色谱固定液有哪些基本要求？固定相的选择一般认为可以按照相似相容的原则来选择。（1）选择性强、（2）稳定性好、(3)结合牢固、（4）粘度较小、（5）蒸汽压低3.气相色谱分析，柱温的选择主要考虑哪些因素？（1）被测组分的沸点；（2）固定液的最高使用温度；（3）检测器灵敏度；（4）柱效4.何谓气相色谱分析的峰高分离度？写出计算公式。为相邻两峰较小峰高度（h）和两峰交点到基线垂直距离（hm）之差与小峰高度（h）的比值。=100%5.举出气相色谱两种浓度型检测器名称及其英文缩写。热导检测器TCD、火焰光度检测器FPD6.在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tR）6.6min，峰底宽（Y）0.5min，死时间（tm）1.2min，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速（Fc）40ml/min，固定相（Vs）2.1mL，求：(提示：流动相体积，即为死体积)(15分)1）分配比k（容量因子）2）死体积Vm3）调整保留时间4）分配系数5）有效塔板数neff6）有效塔板高度Heff1）分配比k=tR'/tm=(6.6-1.2)/1.2=4.5(2)死体积Vm=tm*Fc=1.2×40=48mL(3)调整保留时间tR`=(tR-tm)=5.4min(4)分配系数K=k*β=k*(Vm/Vs)=4.5×(48/2.1)=103(5)有效塔板数neff=16×(tR'/Y)2=16×[(6.6-1.2)]2=1866(6)有效塔板高度Heff=L/neff=2×1000/1866=1.07mm第六章：1.试比较火焰原子化系统及石墨炉原子化器的构造、工作流程及特点，并分析石墨炉原子化法的检测限比火焰原子化法低的原因。火焰原子化系统：是由雾化器和燃烧器组成、工作流程：将试样由雾化器喷射成雾状进入燃烧器形成原子蒸气。特点：重现性好、易于操作，对大多数元素有较高的灵敏度和检测极限等优点石墨炉原子化器：石墨管、电源、惰性气体。工作流程：试样液经石墨炉原子化器的干燥、灰化、原子化、净化得到元素的原子化。特点：试样几乎可以完全原子化，元素原子化效率好。2.原子吸收分光光度计中,原子化器的主要作用是？将试样中的待测元素转变为基态原子蒸气3.何谓锐线光源？在原子吸收光谱分析中为什么要用锐线光源？其结构、工作原理是什么？(10分)锐线光源：是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。原因：因为要想实现原子吸收光谱的峰值吸收的测量，必须要求光源发射线的半宽度小于吸收线半宽度，而原子吸收线的半宽度很小，所以必须使用能发射出谱线半宽度很窄的发射线的锐线光源4.原子吸收线的宽度的原因。1）自然变宽：照射光具有一定的宽度。（2）温度变宽（多普勒变宽）ΔVo多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。劳伦兹（Lorentz）变宽：待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）：同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略（4）自吸变宽：光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。（5）场致变宽：外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象；影响较小；在一般分析条件下ΔVo为主。6．原子吸收分析法其独有的分析特点是？灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、能测定的元素多,7．原子吸收分析中会遇到哪些干扰因素？简要说明各用什么措施可抑制上述干扰？原子吸收分析中会遇到如下几种主要干扰:1.物理干扰配制与待测试样组成尽量相似的标准溶液2.化学干扰加入保护剂与待测元素形成更稳定的化合物加入释放剂与干扰元素，形成更稳定的化合物加入基体改进剂，与基体形成易挥发的化合物3.光谱干扰包括谱线干扰和背景干扰前者减小狭缝宽度，后者在原子吸收光谱仪中采用氚灯扣除背景和塞曼效应扣除背景的方法4.电离干扰降低火焰温度过加入消电离剂（比待测元素更容易电离的物质），抑制待测元素电离。8.测定一系列Ca和Cu溶液的吸光度:（ρ密度值，A吸光度值）ρCa/ug.mL-1A422.7ρCu/ug.mL-1A324.71.000.0861.000.1422.000.1772.000.2923.000.2593.000.4384.000.3504.000.576计算：1）Cu和Ca浓度相等所产生的平均相对吸光A324.7/A422.7);2）测定Ca，用Cu作内标，已知试样内含Ca2.47ug.mL-1，A324.7=0.269，A422.7=0.218。求Ca的浓度。第七章：1.何谓朗伯－比耳定律(光吸收定律)?数学表达式及各物理量的意义如何？引起吸收定律偏离的原因是什么?朗伯—比尔定律数学表达式A=lg(1/T)=KLc,T为透射比,是投射光强度比上入射光强度c为吸光物质的浓度L吸收层厚度物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的西光物质时,起其吸收度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度L成正比1.吸光物质浓度较高引起的偏离2.非单色光引起的偏离3.介质不均匀引起的偏离4.吸光物质不稳定引起的偏离2.试比较紫外可见分光光度计与原子吸收分光光度计的结构及各主要部件作用的异同点。原子吸收分光光度计结构：1.锐线光源-----空心阴极灯2.原子化器-----分火焰,石墨炉,氢化物原子化器3.单色器--------光栅4.检测器紫外可见分光光度计结构：1.光源2.单色器3.斩光器（单光束没有此部件,目的是将一定频率、强度的光变成交替光）4.参比液、样品池5.检测器第九章1.什么是质谱，质谱分析原理是什么？它有哪些特点？物质分子的质量谱，实际上是分离和测定分子的质量、强度信息的一种物理方法，并由此表示物质的成分与结构。原理：首先将样品中的分子电离，不同质量离子在电场或磁场中，将其质量和所带的电荷比（质荷比m/z）进行的分离和排序，根据质荷比的大小和相对强度形成有规则的质谱，从而对物质进行结构鉴定和定量分析。特点：分析度快、灵敏度高、样品用量小、选择性强2.质谱仪有哪几部分，各部分的作用是什么？请画