一、原理基礎(chǔ)：

1. 分子振動(dòng)信息：近紅外光譜屬于分子振動(dòng)光譜的倍頻和主頻吸收光譜，主要是由于分子振動(dòng)的非諧振性使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的。水果內(nèi)部的各種有機(jī)分子，如糖類、有機(jī)酸、水分等含氫基團(tuán)（X-H，X=C、N、O）對(duì)近紅外光存在特定的振動(dòng)吸收。不同的分子結(jié)構(gòu)和組成會(huì)導(dǎo)致對(duì)近紅外光的吸收波長(zhǎng)和強(qiáng)度不同，通過檢測(cè)這些吸收信息可以反推水果內(nèi)部的品質(zhì)成分。

2. 光與水果組織的相互作用：近紅外光照射到水果上時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、透射、散射等多種光學(xué)現(xiàn)象。其中，一部分光被水果表面反射回來，一部分光穿透水果組織后被吸收或散射，還有一部分光則透射過水果。這些透射或散射出來的光攜帶著水果內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和成分信息，近紅外光譜儀可以收集這些光并分析其光譜特征，從而獲取水果內(nèi)部品質(zhì)的相關(guān)信息。

二、具體的光特性檢測(cè)方法及應(yīng)用：

（一）、反射光譜法：

1. 原理：將檢測(cè)器和光源置于樣品的同一側(cè)，檢測(cè)器檢測(cè)樣品以各種方式反射回來的光。水果對(duì)光的反射分為規(guī)則反射（鏡面反射）與漫反射。在規(guī)則反射測(cè)量中，主要獲取的是水果表面的光學(xué)信息，以及部分經(jīng)過表面后進(jìn)入淺層內(nèi)部再反射回來的光信息。

2. 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：光譜信息相對(duì)較易獲取，且反射率較高，在一定程度上能夠反映水果的表面特征和部分內(nèi)部信息，可用于水果生產(chǎn)檢測(cè)分級(jí)線上，對(duì)水果的外觀品質(zhì)和一些淺層內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行初步判斷，比如檢測(cè)水果表面的平整度、色澤均勻度等，這些特征與水果的內(nèi)部品質(zhì)可能存在一定的相關(guān)性。

3. 局限性：測(cè)量用的校正模型易受水果表面特性影響而變化，比如水果的表面粗糙度、形狀等因素會(huì)影響反射光的強(qiáng)度和方向，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾。因此，對(duì)于不同類型的水果，需要根據(jù)其具體特性調(diào)整測(cè)量模型。

（二）、漫反射光譜法：

1. 原理：光投射到水果后，在水果表面或內(nèi)部發(fā)生方向不確定的反射。這種測(cè)量方式介于反射與透射之間，所接收的光譜信息既包含了水果表面的散射光，也包含了經(jīng)過內(nèi)部組織散射后返回的光。

2. 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：由于接受的光譜信息能夠較多地反映水果內(nèi)部組織的特性，因此是水果品質(zhì)無損檢測(cè)中最常用的方法之一?？梢杂糜跈z測(cè)水果的糖度、酸度、硬度等內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)。例如，通過建立漫反射光譜與水果糖度之間的關(guān)系模型，可以快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水果的甜度5。

3. 局限性：在測(cè)量過程中需要將光源與探測(cè)器隔離，以避免直接照射到探測(cè)器上的光對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，這在高速的水果生產(chǎn)分級(jí)線上較難實(shí)現(xiàn)，且測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜。

（三）、透射光譜法：

1. 原理：將待測(cè)水果置于光源與檢測(cè)器之間，檢測(cè)器檢測(cè)的光是透射過水果或與水果分子相互作用后的光，這些光承載了水果的結(jié)構(gòu)與組成信息。

2. 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：所獲取的光譜信息受水果表面特性的影響較小，能夠更直接地反映水果內(nèi)部組織的信息，對(duì)于一些內(nèi)部品質(zhì)均勻、透明度較高的水果，透射光譜法可以提供較為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

3. 局限性：光透射水果的數(shù)量相對(duì)較少，需要較高能量的光源來保證足夠的光強(qiáng)，這增加了檢測(cè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。而且，對(duì)于一些果皮較厚、果肉較密的水果，透射光的強(qiáng)度可能非常弱，導(dǎo)致檢測(cè)難度增加，不太適應(yīng)水果生產(chǎn)分級(jí)線的需要。

三、檢測(cè)水果的具體內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)：

1. 糖度檢測(cè)：水果中的糖是影響其甜度和口感的重要成分，近紅外光譜儀可以通過檢測(cè)水果對(duì)特定波長(zhǎng)近紅外光的吸收或散射特性，來建立與糖度之間的關(guān)系模型。例如，在某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)，糖分子對(duì)近紅外光的吸收強(qiáng)度與糖度呈正相關(guān)關(guān)系，通過測(cè)量這些波長(zhǎng)的光信號(hào)，就可以快速、無損地檢測(cè)出水果的糖度15。

2. 酸度檢測(cè)：水果中的有機(jī)酸含量決定了其酸度，而有機(jī)酸分子中的化學(xué)鍵對(duì)近紅外光也有特定的吸收特性。近紅外光譜儀可以利用這一點(diǎn)來檢測(cè)水果的酸度，為水果的成熟度判斷和品質(zhì)分級(jí)提供依據(jù)。

3. 硬度檢測(cè)：水果的硬度與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞狀態(tài)密切相關(guān)。近紅外光譜儀可以通過分析光在水果組織中的散射和吸收情況，來間接反映水果的硬度。一般來說，硬度較高的水果，其組織結(jié)構(gòu)較為緊密，對(duì)光的散射和吸收特性與硬度較低的水果會(huì)有所不同6。

4. 內(nèi)部缺陷檢測(cè)：水果內(nèi)部的缺陷，如空洞、腐爛、損傷等，會(huì)影響光在水果內(nèi)部的傳播和散射。近紅外光譜儀可以檢測(cè)到這些異常情況導(dǎo)致的光特性變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水果內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。例如，對(duì)于內(nèi)部腐爛的水果，其組織的光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，近紅外光譜儀能夠捕捉到這些變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有問題的水果。
翱宇宸光（廣州）光電科技有限公司由多位從業(yè)于光譜測(cè)試儀器的研發(fā)人員合作創(chuàng)立，致力于開發(fā)國(guó)際領(lǐng)先的光譜分析儀器，基于特有的光機(jī)電一體化、光譜分析、云計(jì)算等技術(shù)，形成以光纖光譜儀拳頭產(chǎn)品，多儀器測(cè)試全系列開發(fā)。