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食品的电学检测技术(一)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2018-08-05

食品与农产品的组织、成分、结构、状态等和它们的电特性都有着密切的关系,食品与农产品电特性的变化主要表现在电流密度、磁导率、绝对介电常数(电容率)、电导率等的变化方面。从广义上可将食品与农产品的电特性分为主动电特性和被动电特性两种类型。前者是食品与农产品物料中存在的某些能量源产生的电特性,其能量源可能产生一个电动势或电势差,在生物系统中表示为生物电势,在压电晶体中表现为应变诱导电势;后者则反映了影响物料所占空间内电场和电流(电荷)的分布特性,它是由物料的化学成分和物理结构所决定的固有特性。不仅取决于其自身的性质,通常还受环境因素的影响。

一、电学检测的方法

食品与农产品电特性的检测方法主要有4种:切片法,突刺法,接触法和非接触法,如图4—19所示。

切片法是将被测物料加工成规则的形状后,放入平行电极间检测其电特性[图4—19(1)];突刺法是将针状电极刺人被测的物料中检测其电特性[图4—19(2)];接触法是将被测物料直接放入平行电极且保持电极与物料的接触检测其电特性[图4—19(3)];非接触法则是将被测物料放于一组平行电极问,在不与电极直接接触或通过其他介质(如采用水槽)的情况下检测物料的电特性[图4—19(4)、(5)]。切片法主要适用于可切成片的水果、面食制品等,突刺法和接触法以及非接触法则能适用几乎所有的食品与农产品的快速检测,并且不受其形状的影响。

在食品与农产品的电特性的检测中,被检测物体可以看成是生物体,通常使用如图4—20所示的等效电路模型表示。

检测阻抗特性时,可采用如图4—21所示的伏安法、补偿法、电桥法等多种方法。当检测直流阻抗特性时,给被测物料加上直流电压,通过欧姆定律即可求出直流阻抗;检测交流阻抗时,给被测物料加上交变电压,通过改变施加电压的频率,求出每个频率下的阻抗值,作出阻抗与频率(cole—cole)关系曲线。

在检测食品与农产品介电常数的方法中,电桥法是最常用的方法之一,如图4—21(3)所示。其中3个阻抗臂已知,调节电桥达到平衡,根据平衡条件可求出被测物料的并联等值电容和电阻,从而计算出物料的介电常数和耗散正切。该方法简单易行,但影响因素较多,误差较大,较难实现各种频率下的介电常数检测。

谐振法检测介电常数的方法(Q表法)是通过可调频率的振荡器激励RLC谐振电路加以实现的(见图4—22)。当回路加上电压U时,调节C使电路达到谐振(在某个频率下电流最大),Imax=U/R,记录下此时的Q1、C1;接入被测物料平板电容,调整电路达到谐振,同时记录此时的Q2、C2、εr,然后根据式(4—10)和式(4—11)计算出相对介电常数(εr’)和耗散的正切值(tanδ)。

                                  (4-10)

                         (4-11)

式中:Cs——电容器的电容值,Cs=C2一C1,F

C1——加物料前的电容值,F

C2——加物料后的电容值,F

A——电容器的平板面积,m2

d——平板电极问的距离,m

ε0——真空介电常数,8.85×10-12,F/m

Q1——加物料前电路谐振Q表指示值

Q2——加物料后电路谐振Q表指示值

参考资料:现代食品检测技术


【关键词】食品,电学检测,现代食品,国家标准物质网 

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