毕业设计（论文）：可食性颜料光谱研究

哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）可食性颜料光谱研究学 生 姓 名： 陈翠英 指 导 教 师： 刘 壮 专 业 班 级： 印刷工程一班 学 号： 201110830292 学 院： 轻工学院 二一五 年 六 月 八 日Undergraduate Graduation Project (Thesis)Harbin University of CommerceStudy the spectral of edible pigmentStudent Chen Cuiying Supervisor Liu Zhuang Specialty and ClassGraphic Communications and Engineering Student ID 201110830292 School School of light Industry 2015-06-08毕业设计（论文）任务书姓名： 陈翠英学院： 轻工学院班级：一班专业： 印刷工程毕业设计（论文）题目： 可食性颜料光谱研究立题目的和意义：目前，对于可食性颜料来说，还没有一个比较系统的反射光谱以及红外谱图体系，所以本实验的主要目的是针对十五种可食性颜料（色素）的反射光谱和红外光谱进行研究，将每种色素配制成五种不同的浓度，使用光纤光谱仪测量它们在可见光范围、红外波段以及紫外波段的反射光谱图，并将其进行对比、分析。在测红外光谱前，需先制作溴化钾压片，将被测样品与溴化钾按一定的比例混合，研磨制成压片后进行检测分析。反射光谱的检测和红外的分析，有利于印刷工业在可食性油墨上的配比，并且在食品安全检测方面，可以将被检测样品的光谱图与本论文中的进行对比，检测出是否是可食性色素，并且根据不同浓度的光谱特点，检测出该食品中的色素含量是否超标。对食品中的色素添加剂含量及种类进行检测分析，与国家标准进行比较，从而避免不合格产品在市场上的泛滥。技术要求与工作计划：1、 完成与毕业论文题目相关文献综述一篇，不少于5000字。2、 完成外文翻译一篇，不少于3000汉字。3、 完成开题报告一份。4、 毕业论文撰写符合规定，涉及国家标准、行业标准要准确。5、 毕业论文条理清晰、文字简介符合逻辑及科技论文规则。6、 搜集、整理有关信息发布系统的特点及相关的技术资料。7、 整理实验数据，绘制图表，总结出每种可食性色素的特性以及红外分析。8、 按要求完成论文。时间安排：第一周第四周（3月2日3月29日）根据论文题目查阅资料。第五周第周（3月30日4月19日）调研查阅资料，完成论文综述、外文翻译、实习报告、实习日记、开题报告、提出试验方案。（第一次会审）第八周（4月17日4月21日）进行试验前材料、仪器的准备工作。第九周第十周（4月21日5月10日）完成色素反射光谱测量试验与红外光谱扫描试验。第十一周（5月11日5月17日）试验结果处理与分析。（第二次会审）第十二周第十三周（5月18日5月31日）完成论文初稿。第十四周（6月1日6月7日）整改论文，完成答辩幻灯片。（第三次会审）第十五周（6月8日6月10日）答辩。（第三次会审）指导教师要求：（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语一、指导教师评语：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）审阅评语二、评阅人评语：评阅人签字：年 月 日毕业设计（论文）答辩评语三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字：年 月 日五、答辩委员会主任单位： （签章）答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）摘 要本实验主要是针对现有15种可食性色素进行研究，将其配制5种不同浓度溶液，利用滤纸吸附，自然晾干，并通过微小型光纤光谱仪测试其反射光谱（285900nm），建立了可食性颜料的光谱数据，研究了不同波段的反射发现可见光波段在不同色相对应光谱存在差异，红外、紫外基本相同（除中国兰）。利用FTIR测试了15种可食性色素红外光谱，解析了谱图，建立了15种色素的特征结构所对应的红外特征峰。本文所得到的规律以及数据为印刷工业与食品安全检测等领域提供了工作的便利条件和理论依据，减少工作量。关键词：颜料;可食性色素;光纤光谱仪;红外光谱仪IAbstractThe main purpose of this experiment is to study the existing 15 edible pigment.They were formulated in 5 different concentrations of solution,then uses the adsorption of filter paper,natural drying and its reflective spectrum(285900nm) was tested by a micro optical fiber spectrometer.Then the spectral data of edible pigment is established.After studying the reflection of different bands,the differences of visible light bands in different color spectra were found,infrared and ultraviolet basic same(except Chinese blue).The infrared spectra of 15 edible pigment were tested by FTIR and resolved graphs.The infrared characteristic peaks corresponding to the characteristic structures of the 15 pigments are established.The law and data provided by this paper provide the convenience and theoretical basis for the industry and food safety testing,and reduce workload.Keywords: Pigment,Edible pigment,Fiber optic spectrometer,FTIR目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1色素检测方法11.1.1毛细管电泳法21.1.2分光光度法21.1.3高效液相色谱法21.1.4极谱法21.1.5薄层色谱法21.2常用的几种光谱技术31.2.1常规光谱技术31.2.2三维荧光光谱技术31.2.3同步荧光光谱技术31.3光谱分析技术的特点31.3.1灵敏度高31.3.2特异性好31.3.3选择性好41.3.4样品用量少41.3.5非侵入式检测41.3.6方便、快捷41.4国内研究现状41.5国外研究现状51.6光纤光谱仪的简介与原理51.7近红外光谱分析技术的基本原理71.8研究目的与意义71.9实验内容82 试验方法、材料及仪器92.1试验原料92.2试验设备122.3试验过程132.3.1反射光谱的检测132.3.2红外光谱的检测133结果与分析143.1反射光谱分析结果143.2红外光谱分析结果22结 论29参考文献30致 谢32附 录3335哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）1 绪 论近年来随着人们生活水平的提高，人们对生活质量也有了更高的要求，尤其是食品的安全问题，越来越受到人们的关注。然而食品添加剂却成了人们不可或缺的一部分，其中可食性色素是食品添加剂的一个重要组成部分。可食性色素具有改善食品色泽，增强食欲等功能，世界各国尤其是西方发达国家和地区不仅在色素对人体健康影响方面做了大量调查和研究，而且在食用色素的管理合成色素的使用方面均有严格的规定，多种合成色素已被禁止或严格限量使用。根据日本食品添加剂使用标准显示，允许使用色素种类有12种，禁止色素种类16种；美国联邦规定法CFR21第70部分显示允许色素种类9种，禁止色素种类16种；中国GB2760-2011食品安全国家标准 食品添加剂使用标准非食用物质名单中规定允许色素种类11种，禁止色素种类6种1。食用色素按其来源和性质区分，分为天然色素和合成色素，天然色素是指从自然资源中提取并经过处理而获得的，包括葡萄果皮色素、焦糖、玫瑰茄色素、红花黄色素，具有安全无毒、色调色彩自然、来源相对丰富及对环境的无污染等优点2。但是天然色素的稳定性不好，然而合成色素的稳定性要相对好很多，弥补了这一缺点，并且，合成色素成本低、附着度强，但是对人类的身体健康造成了很大的威胁，我国允许在食品中使用的合成色素种类有苋菜红、新红、胭脂红、亮蓝、柠檬黄、赤藓红、日落黄和靛蓝以及铝色淀、酸性红和喹啉黄3。我国对人工合成色素的使用范围及标准有明确的规定，但是有许多只求利益的不法商家滥用色素，肆意妄为，不顾国家规定，随意在食品中添加色素，这种现象的不断发生，很有可能危害到他人的健康，所以要杜绝这种现象的发生，对合成色素的检测非常重要，国家应积极严格检测食品的安全问题。1.1色素检测方法针对食品中色素的检测问题，许多国家已经研制出了一些方法，目前国内外对食用色素的检测方法主要有：高效液相色谱法、薄层色谱法、极谱法、毛细管电泳法、光度法等，这些检测方法在一定程度上基本上能够满足食品安全监管中对合成食品色素检测的需要，但同时也存在着一些弊端，比如前处理过程复杂、测量费时、成本高，及灵敏度、准确性不够高等，这些都将给人们带来一些不便。以下是对一些色素检测方法的简介：1.1.1毛细管电泳法毛细管电泳也被称作高效毛细管电泳，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异通过弹性石英毛细管而实现分离的电泳分析方法。它以毛细管为分离通道，将高压直流电场做为驱动力的一种新型液相分离技术。该方法具有高效、快速的特点，在复杂体系多组分的同时测定中更加适用。1.1.2分光光度法也称为吸收光谱法，物质对光的吸收具有选择性，所以分光光度法就是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。但是此方法对含有单色素的食品检测比较方便，而对于含有混合色素的食品来说，其图像可能出现吸收峰叠加的问题，需要进行分离，否则会受到测试干扰。1.1.3高效液相色谱法高效液相色谱法是目前最受欢迎的一种分析检测方法，是分局保留时间定性以及峰面积定量的方法。但是在使用高效液相色谱法对食用色素进行分析检测时，对样品的前处理过程比较繁琐且要求严格。1.1.4极谱法极谱法是以滴汞电极点解合成色分析样液，使色素产生敏感的电流-电压曲线（即极谱波），由于各种色素的还原电位不同，以此进行定性分析，根据还原电位峰高与其浓度成线性关系进行定量分析。该法只适用于成分简单的食品，对于复杂的组成，抗干扰性差，同样会影响还原波的产生无法进行测定。1.1.5薄层色谱法薄层色谱法又叫薄层层析，是以涂布于支持板上的支持物作为固定相，以合适的溶剂为流动相，对混合样品进行分离、鉴定和定量的一种层析分离技术。当移动向流经固定相时，连续的产生吸附，解吸附、再吸附、再解吸附，从而达到各成分的相互分离的目的。将合成色素从食品中分离提取，再通过薄层色素法进行分离后，由分光光度计进行吸光度检测，与标准试样比较进行定性定量分析的方法。81.2普遍的几种光谱技术1.2.1常规光谱技术吸收光谱、发射光谱和荧光激发光谱技术都属于常规光谱技术。对于测量吸收光谱来说，可以得到样品的吸收峰值波长、以及吸光度等；而荧光光谱中，发射峰值的波长、最佳激发波长以及荧光谱宽等参数可以在其中体现出来。这三种常规光谱技术都可用于对被测样品进行定性、定量分析。与此同时，荧光激发光谱和发射光谱还为荧光测试中激发波长和发射波长的选择提供了有力的依据。1.2.2三维荧光光谱技术三维等角以及三维等高线荧光光谱都是三维荧光光谱。其图谱展现的是荧光强度与发射波长和激发波长三者之间的关系。其中，三维等角荧光光谱图是一种三维的立体图，通常三维荧光在X、Y、Z三个维度上分别代表着发射波长、激发波长以及荧光强度；三维等高线特征图是一种具有指纹特性的平面图，故也称为指纹图，它展现的是发射波长与激发波长之间的变化关系，三维等角图中的荧光强度是由其图谱中的轮廓线体现。相对于常规荧光光谱，三维荧光光谱可以提供更为全面直观的信息。1.2.3同步荧光光谱技术同步荧光光谱与常用的荧光测定方法最大的区别是同时扫描激发和发射两个单色器波长，由测得得荧光强度信号与对应的激发波长（或发射波长）构成光谱图。同步荧光法按光谱扫面方式的不同可分为恒（固定）波长法、恒能量法、可变角法和恒基体法。同步光谱、发射光谱以及激发光谱三者之间存在着一定的关系。它同时利用了化合物的吸收特性和发射特性，进而改善了光谱分析的选择性，对多组分混合被测样品的分析在很大程度上得到了帮助，它可以减小弱带的干扰信息使强带增强，因此同步光谱要优于常规光谱。1.3光谱分析技术的特点1.3.1灵敏度高光谱分析技术具有较高的灵敏度，尤其是荧光光谱技术。激光诱导荧光光谱技术的不断进步和对微弱信号探测器灵敏度的改进，使得光谱分析技术在灵敏度这一特性中有了很大的提升，甚至可以突破单分子检测水平。微型光纤光谱仪中的全息光栅具有较小的杂散光，而机械刻划光栅具有更高的反射率和灵敏度，给人们在科学研究中带来了很多便利。1.3.2特异性好不同物质具有着不同的能级结构，而能级结构决定着其吸收光谱和荧光光谱的特性，使得吸收光谱和荧光光谱因物质的能级结构不同而具有特异性，可对物质的细微差别，这种较好的特异性，使光谱分析在更加适合对不同物质的定性分析。1.3.3选择性好在光谱测量中，不仅可以获得被测样品的激发和发射波长、吸收及反射峰值波长、荧光量子产率等参数外，还可以利用一些手段使谱线分开而不受干扰，如同步荧光光谱技术、导数荧光分析法以及时间分辨荧光光谱技术等。所以光谱分析法成为分析这些化合物的得力工具，可测定化学性质比较相近的元素和化合物。1.3.4样品用量少测量过程中使用的样品量少，如对液体样品的测量仅需大概13毫升的样品溶液，因此在被测样品稀少或贵重的情况下，比如古物以及刑事侦查等领域，光谱分析技术就展现出了明显的优势。1.3.5非侵入式检测在光谱检测过程中，对于反射光谱、吸收光谱和荧光光谱法，无需将探测器浸入到样品中，也无需添加其他试剂，因此这种非浸入式测量方法不会污染及损坏样品，在一定程度上保护样品的完整性。1.3.6方便、快捷光谱分析技术中无需复杂的预处理工作，操作方便、测量速度快，相对于其他方法而言，在现场或在线检测中，光谱分析技术则具有突出的优势。快捷、便利的检测特点有利于检测成本的降低，使光谱分析技术得到更好的推广与普及。光谱分析技术自身的诸多优点使其在工业和农业生产、环境检测、生命科学、材料学、食品安全监管等领域得到高度的认可4。1.4国内研究现状李帮锐等5将高效液相色谱-质谱/质谱联用，建立了可以定性、定量分析含于饮料中8种人工合成色素的方法，其中包括苋菜红色素、日落黄色素、诱惑红、柠檬黄、胭脂红、赤藓红、酸性靛蓝以及亮蓝；欧阳燕玲等6对含于葡萄酒中的5种（柠檬黄色素、亮蓝色素、日落黄色素、苋菜红以及胭脂红）合成色素进行了高效液相色谱法的建立；奚星林等7使用固相萃取与高效液相色谱法相结合，对食品中12种合成色素(柠檬黄、亮黑、荧光桃红、日落黄、诱惑红、坚牢绿、丽春红3R、丽春红2R、荧光素钠、专利蓝、金黄粉、孟加拉玫瑰红）进行了检测。罗利军等建立的1.5次线性扫描伏安法可以同时测定胭脂红、赤藓红、柠檬黄、日落黄、苋菜红5种食用人工合成色素。在无机盐存在下，水溶性高聚物水溶液可分为两相，杜建中等利用这一特性，将胭脂红和苋菜红转入高聚物相，避免了其他物质干扰，利用双波长等吸收法胭脂红和苋菜红的含量测定。赵新颖等建立了毛细管电泳法测定糖果中5种人工合成色素（亮蓝、日落黄、苋菜红、胭脂红、柠檬黄）的分析方法，认为毛细管电泳法简便、快速、灵敏度高、重现性好。陈悦鸣等利用静电离子色谱法测定食品中的人工合成色素。聂晶等研究了合成色素胭脂红、柠檬黄、苋菜红、赤藓红的快速检测方法微柱法。微柱法检测合成色素的原理为，根据水溶性酸性合成色素在酸性条件下被聚酰胺吸附，在碱性条件下被解吸的特性，利用被分离物质在吸附剂与展开剂之间分配系数不同，达到分离目的。李必斌等应用紫外可见分光光度计进行吸收光谱扫描，发现不同色素具有不同的吸收谱图，此方法可实现合成色素的定性、定量测定。卓婧等利用可见波段全光谱扫描及偏最小二乘变量筛选法，研制出合成色素快速检测仪，并实现对5种合成色素体系（柠檬黄、日落黄、胭脂红、苋菜红和亮蓝）进行定性和定量分析。北京智云达科技有限公司研发的多功能食品安全快速检测仪（PCS型)即应用了光谱扫描法,能实现6种合成色素苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄、亮蓝、靛蓝的检测3。1.5国外研究现状Pokorny等人9基于白葡萄酒的颜色，使用Ocean Optics系列的S2000光纤光谱仪对品质进行检测；Tincher等人采用Ocean Optics的SD1000光谱仪实现了对纺织品染色的实时测量。Snehalatha等10用傅里叶变换红外光谱法对日落黄进行了振动光谱分析，并根据密度泛函理论计算了它的振动光谱，得到了日落黄的第一超极化率，并分析了羟基振动红移、偶氮基振动频率下降的原因。Cheung等11用表面加强拉曼散射法对苏丹红色素进行了实验测量，并结合主成分分析、偏最小二乘回归、人工神经网络和支持向量回归等方法实现了对苏丹的定量检测。Altnz等12用一阶导数紫外吸收光谱法结合Vierordt法实现了对食物样品中靛蓝、胭脂红的同时测定。1.6光纤光谱仪的简介与原理本实验将采用光纤光谱仪进行光谱测量，光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性13。微小型光纤光谱仪在测量速度上非常快，使得它可以用于在线分析，可实现多种不同的采样方式。此外，微小型光纤光谱仪体积小、重量轻、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及价格低等，操作起来也简单方便，所以微型光纤光谱仪在市场上有着很大的竞争力，可以应用在工业过程监控、实验室物理化学分析、临床医学检验、航空航天遥感等领域，因而引起了人们广泛的兴趣。以下为光纤光谱仪的光学系统图（见图1.1）。此外，在微小型光谱仪中还应用进了低损耗光纤、低噪声高灵敏CCD阵列检测器、全息光栅和小型高效半导体等新型光电子器件，使微小型光谱仪器性能明显提高，还具有以下特点：(1)引入光纤技术，使采样方法更为灵活，使用光纤探测器将远离光谱仪的被测样品引到光谱仪器，从而避免了样品池的限制，还可以应变样品的不平整表面或凹凸形状。此外，使用光纤将光信号引入，可以使光谱仪内部与环境隔绝，避免其内部被外部的恶劣环境的干扰以及腐蚀。从而延长了光谱仪的使用寿命，并且可长期可靠运行。图1.1光纤光谱仪光学系统图(2)检测器使用电荷耦合器件(CCD)阵列，在扫描光谱过程中不需移动光栅，可瞬态采集，时间短，并与计算机相连，实时输出信息。(3)分光器件使用全息光栅，从而降低杂散光，提高测量精度14。本实验是采用光纤光谱仪测量色素的反射光谱，光的反射主要分为镜面反射和漫反射，镜面反射的光并不进入样品的内部，不与样品内部发生发生作用，只是发生在表面，所以镜面反射光不会记载被测样品的结构和组成的信息，不适用与样品的定量或者定性的分析。然而漫反射光则是会进入到样品内部，在其内部发生多次反射、折射、衍射、吸收后返回表面的光，与样品内部的组成发生了相互作用，因此，漫反射光记载了样品的主要内在信息，我们可以利用反射光的特性来分析研究被测样品的特性。使用光纤光谱仪检测样品时，对不同状态的物体，可采用不同的光纤探头进行检测，反射式探头、积分球直接测量以及透射式浸入型探头是测量的三种方式，当被测样品为固体或漆膜时，可用反射式探头或积分球对其颜色进行直接测量；透射式浸入型探头可对待测物是液体的颜色进行直接测量；对于在线流动液体的测量，需设计旁路，并将待测物引出，与样品流动池相结合进行实时检测分析。根据现有条件采用Y型光纤，它由照明和接受两束光纤在一端合为一束作为探头，光源发出的光经照明光纤束，传至探头输出，输出光被待测物调制后返回探头，经接收光纤将信号光传到有光电探测器的另一分端输出，从而使光电探测器获得所需的光信号15。1.7红外光谱分析技术的基本原理当分子吸收光谱后发生振动能级和转动能级的跃迁，红外吸收光谱也称为分子振动-转动光谱。近红外光谱技术（NIR）被视为一种既高效又快速的现代光谱分析技术，它将计算机技术、化学计量学和光谱技术等领域的最新研究成果相结合，展现出了其独有的优势，在多个领域得到了人们的认可，并且一致得到好评。无论是在定性方面还是在定量方面，在食品、医药、石油工业、高分子领域等各个领域都得到了很好的应用。红外光谱主要是由于分子振动中的非谐振性使得分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都出现在中红外光区，由于基频振动是最强的吸收，适宜进行定性定量分析。记录的主要信息是含氢基团C-H、O-H、N-H、S-H、P-H等振动的合频以及被频吸收。无论是不同基团(如甲基、苯环、碳碳双键、亚甲基等)还是同一基团所连接的结构等不同，都会影响近红外吸收光谱的波长与吸收强度的关系。因此近红外光谱中包含了多种结构和物质组成信息,含有碳氢的有机物质非常适合此方法检测其内部结构信息16。红外光谱分析技术可以应用在很多方面，可以对未知物进行鉴定、化合物分子内部结构的测定分析以及混合物成分分析。由所得光谱的吸收峰位置可知未知物的化学成分及结构；由特征吸收峰的吸收强度可知被测样品中各组分含量；此外，应用红外光谱也可推断出被测定分子的链长和键角，从而推断出分子的立体结构，判断化学键的强弱等。因此，红外光谱技术对于化学工作者来说已经成为一种不可缺少的分析工具。1.8研究目的与意义目前，对于可食性颜料来说，还没有一个比较系统的反射光谱以及红外谱图体系，所以本实验的主要目的是针对十五种可食性颜料（色素）的反射光谱和红外光谱进行研究，将每种色素配制成五种不同的浓度，使用光纤光谱仪测量它们在可见光范围、红外波段以及紫外波段的反射光谱图，并将其进行对比、分析。在测红外光谱前，需先制作溴化钾压片，将被测样品与溴化钾按一定的比例混合，研磨制成压片后进行检测分析。反射光谱的检测和红外的分析，有利于印刷工业在可食性油墨上的配比，并且在食品安全检测方面，可以将被检测样品的光谱图与本论文中的进行对比，检测出是否是可食性色素，并且根据不同浓度的光谱特点，检测出该食品中的色素含量是否超标。对食品中的色素添加剂含量及种类进行检测分析，与国家标准进行比较，从而避免不合格产品在市场上的泛滥。1.9实验内容(1)利用光纤光谱仪测量15种色素（每种色素五种不同浓度）的反射光谱，记录数据，做出图像；(2)制作溴化钾压片：将色素与溴化钾按一定的比例混合，研磨，使用压片模具进行压片；(3)应用傅里叶红外光谱仪对已做好的溴化钾压片进行红外扫描；(4)查阅发色基团以及不同基团的吸收峰位置，对每种色素进行深入的分析。2 试验方法、材料及仪器2.1试验原料本实验进行15种可食性色素的测量：红曲红（广东天益生物科技有限公司）、甜菜红、苋菜红、诱惑红、赤藓红（上海染料研究所有限公司）、胭脂红、胭脂虫红、亮蓝、中国兰（天津市光复精细化工研究所）、胡萝卜黄、栀子黄、柠檬黄（天津多福源实业有限公司）、日落黄（天津多福源实业有限公司）、二氧化钛、天然姜黄（广州市威伦食品有限公司），各色素的理化性质及结构见下图2.1到2.1318-24。(1)诱惑红是食用色素，化学名称：6-羟基-5-(2-甲氧基-4-磺酸-5-甲苯基)偶氮萘-2-磺酸二钠盐。水溶性合成色素，鲜艳的深红色，单色品种。该色素稳定性优良，可安全地用于食品、饮料、药品、化妆品、饲料、烟草、玩具、食品包装材料等的着色。水溶性合成色素，鲜艳的深红色，广泛应用于糖果包衣、冰淇淋、雪糕、糖果、糕点、饮料等的着色。 图2.1诱惑红 图2.2胭脂虫红(2)日落黄,化学名1-(4-酸基-1-苯偶氮)-2-萘酷-6-磺酸二钠盐,又名晚霞黄、夕阳黄、橘黄、食用色素3号,易溶于水,中性和酸性水溶液呈橙黄色,遇碱变为红褐色。耐热及耐光性强,易着色,有增强外观颜色好看的作用。(3)胭脂红,化学名为1-（4-横酸基-1-奈偶氮）-2-轻基-6,8-奈二磺酸三钠盐，又名丽春红结构式见图，胭脂红耐热、耐光性强，遇碱变为褐色，易溶于水，呈红色溶液。(4)栀子黄色素易溶于水、乙醇等极性溶剂，难溶于苯、汽油等非极性溶剂。其主要成分是类胡萝卜类的-藏花素和藏花酸，其中-藏花素，分子式C44H64O24，分子量为997.21，藏花酸，分子式为C20H24O4，分子量为328.39。(5)甜菜红的主要成分为甜菜花青素和甜菜黄素，是红紫至深紫色液体、块、或粉末，易溶于水，水溶液呈现红色至紫红色，色泽鲜艳。主要用于罐头、果味水、汽水、糖果，医药、化妆品等行业也有所应用。(6)赤藓红分子式为C20H614Na2O5.H2O，分子量897.88，红色或红褐色颗粒或粉末，无臭，易溶于水，溶于乙醇、丙二醇和甘油，不溶于油脂，具有良好的染着性。(7)苋菜红别名1-（4-磺基-1-奈偶氮）-2-萘酚-3,6-二磺酸三钠盐，分子式C20H11N2Na23O10S3，红褐色或安红褐色均匀粉末或颗粒，无臭，耐热性强，易溶于水，可溶于甘油，微溶于乙醇，不溶于油脂。(8)胭脂虫红分子式C22H20O13，分子量492.39，红色菱形晶体或红棕色粉末，不溶于冷水，稍溶于热水和乙醇。(9)柠檬黄化学名为3-羧基-5-羟基-（对苯磺酸）-4-（对苯磺酸偶氮）吡唑三钠盐，分子式C16H9N4O9S2Na3，一种偶氮型酸性染料，主要用于食品、饮料、药品及化妆品的着色，也用于羊毛、蚕丝的染色及制造色淀，水溶性合成色素，鲜艳的嫩黄色。(10)亮蓝为红紫色均匀粉末或颗粒，有金属光泽，无臭。具有酸性染料的特性，能使动物纤维着色，易溶于水，呈绿光蓝色溶液，溶于乙醇、甘油等。(11)二氧化钛化学式为TiO2，分子量为79.87，俗称钛白粉，白色固体或粉末状的两性氧化物，具有无毒、最佳的不透明性、最佳百度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种被色颜料，多用于光触媒、化妆品。(12)红曲红分子式为C21H22O5，相对分子质量为350，红色或暗红色液体或粉末，易溶于水、乙醇、乙醚、冰醋酸。溶液为薄层时呈鲜红色，厚层时带黑褐色并发出荧光。可广泛用于肉制品、调味品、膨化食品、配制酒、果冻、糕点、糖果等食品工业，是化学合成色素的理想替代产品。(13)天然姜黄主要用于食品着色，分为油溶和水溶两种，深黄褐色液体或亮黄色粘性液体，着色力很强，主要应用在果汁、饮料、配制酒、冰淇淋、糖果、糕点、油炸食品、膨化食品等等(14)天然姜黄主要用于食品着色，分为油溶和水溶两种，深黄褐色液体或亮黄色粘性液体，着色力很强，主要应用在果汁、饮料、配制酒、冰淇淋、糖果、糕点、油炸食品、膨化食品等等。图2.11胡萝卜黄(15)中国兰，生物染色试剂，难褪色，分子式为Fe4Fe（CN）63，分子量为859.23。 图 2.1甜菜红 图2.4红曲红图2.5-1栀子黄中藏花素图2.5-2栀子黄中藏花酸 图2.6姜黄色素 图2.7亮蓝图2.8柠檬黄 图2.9苋菜红 图2.10赤藓红图2.12日落黄a与胭脂红b2.2实验设备（1）本实验所选用仪器为微小型光纤光谱仪（努美（北京）科技有限公司，型号：FLA4000）：主要包含主机、气浮隔振光学平台（努美（北京)、Y型反射光线、氙灯光源、检测软件（晶飞光谱分析软件），测量范围分别选取285400nm、400700nm、700900nm，波长间隔选用1和0.1；（2）傅里叶红外光谱仪(型号：LR64912C)：主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜）样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。试验过程中还应用atr附件、mir附件，并配有主机、光谱采集软件，测量波长范围为4000650cm-1与4000450cm-1，采集次数为4次；（3）玛瑙研钵、溴化钾压片磨具、溴化钾、镊子、药匙；（4）滤纸（裁剪成2cm2cm正方形）、去离子水；（5）100mL烧杯、玻璃棒、胶头滴管；载玻片（帆船牌）、天平（精确到0.0001g）；2.3实验过程2.3.1反射光谱的检测选取5个100mL烧杯，每个烧杯中盛有5g去离子水，放置一边备用；选取上述其中一种色素，配制成1%、2%、4%、8%、16%浓度的溶液，搅拌均匀；放入已裁剪好的滤纸片（2cm2cm正方形），滤纸片要保持平整，避免有折痕，浸泡时间控制在30min以内（实验前选取浸泡30min、60min与90min三个时间段进行对比发现，时间这一变量对反射率的影响不大），时间也不易过长；用镊子取出，置于载玻片上自然晾干；微型光纤光谱仪扫描反射光谱，由于Y型光纤易损坏，所以在使用过程中不要使其弯折；记录数据，使用origin软件绘图。2.3.2红外光谱的检测在干燥环境下，用天平称取一定量的色素与溴化钾，将15种色素按照不同的比例与溴化钾进行混合，比例大概在1:2000到1:4000，根据色素颜色而定；放入玛瑙研钵中研磨，玛瑙研钵在使用前要用乙醇清洗干净，再用干燥箱蒸干，将两者研磨至足够细且混合均匀后，再将样品放入干燥箱中蒸干，干燥过程中应注意温度不能过高，尽量要低于100，倘若温度过高，可能会导致样品变质；取适量的样品放入磨具中进行压片，压片要足够薄且透明，压强大概在20MPa左右，时间大概12分钟，时间不固定，根据具体情况进行调整，用镊子取出，以防污染待测样品；放入光谱仪样品室中进行扫描。扫描过程中尽量除去杂散光的污染，在使用atr附件检测时，要尽量使样品夹紧，否则吸收峰不强，但要避免对晶体的损坏；记录数据，使用origin软件绘图。3结果与分析3.1反射光谱分析结果反射光谱测量的光谱范围为285400nm、400700nm、700900nm，实验在室温条件下进行。根据测得的反射光谱图如下所示。在可见光范围内，诱惑红自400nm处的反射率逐渐下降，在425nm处时对光吸收性最强，由此反射率又逐渐上升，在615670nm范围内，达到最大值，图2.1诱惑红图2.2天然姜黄不同浓度的最高反射值不同，随着浓度的增高，最高反射率也随着增高，从整体上看，随着诱惑红浓度的增加，反射率在逐渐降低。天然姜黄自400nm处反射率是由高到低的，在425nm处开始持续上升，直到550650nm波段，保持平缓，且反射率开始接近，而后又逐渐降低，并且不同浓度的反射率基本重合，尤其是在600nm后，浓度对天然姜黄的反射率基本没什么影响。日落黄的反射率也是在425nm处逐渐上升，但它只有在525625nm段，不同浓度才有明显的不同的反射率，在其他可见光范围内，不同浓度的反射率相差并明显，不同浓度，分别在575625nm处达到最大值。 图2.3 日落黄图2.4 柠檬黄柠檬黄也是在中间波段内不同浓度的反射率才会有明显的差异，其他波段基本保持一致，并且同样在575625nm范围内分别达到最大值。图2.5 中国兰中国兰在400nm处的反射率相对于其他色素来说要高一些，而后急剧下降，在425nm处又开始上升，在500600nm处基本上都已达到最大值，最高峰值位置要偏向左侧一些，接下来开始一直下滑。胭脂虫红同甜菜红在前半波段有些相似，5种浓度分布比较密集，缓慢上升，在575nm后，开始急剧上升直至达到最大值，最大反射率体现在625nm左右，随着浓度的升高，最高反射率向右移动，并且反射率也随之降低。图2.6 胭脂虫红赤藓红在400425nm段反射率在不断下降，下降至最低点后又开始逐渐上升，直至在625650nm段又开始下降，但在450600nm处反射率提升非常缓慢，尤其是在500nm后基本趋于平缓。图2.7 赤藓红图2.8 栀子黄栀子黄在中间波段整体是趋于上升状态的，但在550600nm段，低浓度的反射率基本持平，所有浓度在600nm处基本达到反射率最大值。不同的浓度对反射率有一定的影响，但在400425nm及600nm后，栀子黄不同浓度的反射率基本保持一致，浓度对这两波段来说没有什么影响。二氧化钛在400nm处的反射率相对于其他色素来说要高一些，而后急剧下降，在425nm处又开始上升，在500600nm处基本上都已达到最大值，并且相差不大，接下来开始一直下滑。图2.9 二氧化钛甜菜红在400575nm段的反射率差别也不是很明显，相对接近，在575nm后才开始逐渐有了显著的变化，而且可以看出在700nm后，五种浓度的反射率又开始有相聚的趋势，所以，浓度不同对甜菜红来说，只有在575700nm这段会有影响，最高峰值大概在650700nm之间出现。 图2.10 甜菜红由图可以看出，浓度对于红曲红来说影响还是相对较大的，按照浓度的大小，依次向上排列，前半段整体走向和二氧化钛有些相似，但是反射率的值要相对低一些，红曲红的主要区别在于，在650nm处左右，低浓度的会有很明显的峰值，而随着浓度的升高，峰值的突起越来越小，先是趋于平缓，而后甚至是下降趋势，最大峰值转向了中间波段。图2.11 红曲红胭脂红的光谱图整体看起来很均匀，虽然在425nm处开始反射率不断升高，但是575nm处开始上升趋势明显，最低浓度的最高峰值在650nm处左右，而随着浓度升高，最高峰值也在向右侧评平移，直到700nm处。图2.12 胭脂红亮蓝明显不同于前面的几种色素，它的最高峰值是体现在460nm，相对于前面的来说要偏向于左侧，即使是不同的浓度，峰值却是相同的，并没有发生前面的平移现象，而后先经历了一小段的缓慢下降，而后开始急速下降，在575675nm段，五种浓度的反射率要比其他位置的更加密集一些，在700nm处后又开始有轻微的上升趋势。图2.13 亮蓝图2.14 胡萝卜黄胡萝卜黄在550600nm段的反射率都相对较高，最高反射率体现在了600nm处，而后基本保持直线下降的趋势。苋菜红的最高峰值在660nm处以后，随着浓度升高，峰值在向右侧移动，但前四种浓度的走向还基本一致，当浓度达到16%时，在625700nm处会出现突变的现象，反射率骤然下降，会有一些变色现象。由此可以看出，当苋菜红的浓度低于8%时，图像基本保持以上的状态。图2.15 苋菜红以上15种色素的反射率光谱图，也有一些共同点，它们都是在400425nm段呈下降趋势，在425nm处达到最低值，所以这一段来说对它们的区分意义并不是很大，它们的主要区别在于后面的趋势走向，并且在接近550nm处也都会出现一个三角形的走向，所以这个特点不能用于对它们的区分。图2.16浓度为16%的15种色素紫外波段反射光谱图2.16与图2.17分别为浓度为16%的15种色素分别在紫外和红外波段的对比图。根据图2.16可知，在紫外波段内同种浓度下，对不同色素的反射率并无较大区别，基本保持走向一致，只有苋菜红在350nm波段后相较于其他色素有上升趋势，但是峰型一致，反射率升高，说明苋菜红在350400nm范围内相较于其他色素对光的吸收率性差。图2.17浓度为16%的15种色素红外波段反射光谱通过图2.17中15色素红外波段的反射率对比可发现，中国兰的反射率曲线尤其突出，整体相对于其他14中色素的峰值都较低，可能是由于中国兰相对于其他色素在水中的溶解性较差，导致大量的色素大颗粒吸附在滤纸表面，从而影响了反射率，也有可能是中国兰的着色度要强一些，所以对红外光的反射率很低。将以上两图对比发现，苋菜红在接近400nm处的反射率较其他色素高，在红外波段接近700nm处时，反射率较大多数色素低一些，所以苋菜红对紫外光的吸收较弱，对红外光的吸收较强。TiO2为白色颜料，所以对光的吸收要比其他14种色素弱一些，则反射率较高，位于所有色素的上方；红曲红和亮蓝在700775nm段的反射率也相对低一些，在两者之中对红外光的吸收要多一些，结合中国兰可知，蓝色颜料要比红色和黄色系的颜料对红外光的吸收多一些，其他色素基本相同，均已在图中体现。3.2红外光谱分析结果根据红外图谱采集，绘制图表如下，除TiO2外，其他为atr附件测得。虽然在某些地方会有相似之处，但通过细微之处可以观察到彼此间的不同。相似之处可能是由于红外光谱测量的光谱信号往往含有随机噪音、样品不均匀、光散射等不定因素的影响，所以在测量过程中很有可能会存在一些偏差。将红外仪所采集的图谱和各色素的化学结构对比，可大概分析出以下各色素中所含化学结构的吸收峰位置，大多数的色素结构比较复杂，只有胡萝卜黄、中国兰和二氧化钛三者的结构比较简单。且大多数结构中都含有苯环、羟基、碳碳双键等结构。中国兰在1401cm-1处有显示的是C-N伸缩振动峰；胡萝卜黄的化学结构中只是含有苯环、甲基、碳碳双键等一些简单的结构，所以波峰也相对简单，在1615cm-1为苯环骨架振动峰，757cm-1为烯烃类的C-H面外振动波段，且峰带比较宽，较复杂，1154cm-1处是烷烃类中的C-C伸缩振动峰。二氧化钛来说，在541cm-1与646cm-1处也可以看到它的特征峰。由于化学结构连接的方式不同，所以即使是相同的位置，所表示的化学结构也未必是相同的，要根据具体情况具体分析。图3.1二氧化钛红外吸收峰由图可以看出，赤藓红、亮蓝、甜菜红、栀子黄等的结构较为复杂些，说明这些色素中所含官能团要多且复杂。在1615cm-1与3408cm-1两个位置有很强的吸收峰，根据资料显示，前者多为苯环骨架振动峰，后者附近的振动带为羟基振动峰。在赤藓红曲线中可以明显看到1615cm-1附近的苯环骨架振动峰。且多数色素图谱在17502750cm-1波段相对于两侧要平滑一些。图3.2红外光谱图图3.3红外光谱图图3.4红外光谱图根据甜菜红的红外曲线可以看出在1615cm-1与1457cm-1位置上体现的是苯环骨架振动峰，在756处是C-H面外弯曲振动峰，2937cm-1处为甲基伸缩振动峰，C-N伸缩振动峰和N-H伸缩振动峰分别体现在1129c