文/王志剛 王飛

色空間法葡萄酒顏色分析儀的設(shè)計

文/王志剛1王飛2

顏色對于葡萄酒感官質(zhì)量起著重要的作用，如何品鑒葡萄酒的好壞呢？最直觀當屬觀色，單從酒的顏色來講就蘊含著很多重要信息，最重要的一點是我們可以通過顏色對比即可對葡萄酒進行品鑒、分級。在葡萄酒顏色分析儀誕生以前對于葡萄酒的鑒定只是通過人眼觀察，但是在相近色的判斷上，人的主觀差異所導(dǎo)致的誤差也是不容忽視的，“目視+語言描述”的方法有相當大的隨機誤差。為了改變傳統(tǒng)肉眼葡萄酒色度的判定方法，我們根據(jù)行業(yè)標準CIE 1976（L* a* b*）色空間法，用葡萄酒顏色分析儀來對葡萄酒的顏色進行分析檢測，同時也可以判斷出同一批樣品的葡萄酒色差是否在合格范圍內(nèi)。

葡萄酒 色度 色空間法 葡萄酒顏色分析儀

1 基于色空間法的葡萄酒顏色分析儀

1.1 色空間法的概述

行業(yè)標準CIELAB色空間法是利用L*、a*、b*三個不同的元素作為坐標軸而繪制出的三維立體空間圖，三個值分別表示某一顏色在三維空間中的位置。它是根據(jù)一種顏色不能同時既是紅又是綠，既是藍又是黃這種理論而來。用CIELAB空間法表示顏色時，L*表示明度，即黑白，坐標由高到低的變化代表明度由白到黑的變化；a*為正時表示紅色，為負時表示綠色；b*為正時表示黃色，為負時表示藍色。如圖1所示，a*、b*表示顏色的色彩變化，L*表示色彩亮度變化。

圖1：色空間示意圖

1.2 儀器的光學(xué)原理

儀器內(nèi)部采用鎢燈作為照明光源，波長范圍320～2500nm，鎢燈發(fā)出的光經(jīng)過聚光后進入狹縫，光線經(jīng)過準直鏡準直后變成平行光線射向光柵，光柵將接收到的光線通過衍射作用形成排列均勻且連續(xù)的單色光譜。儀器的出射狹縫恰巧在準直鏡的焦面上，所以單色光譜經(jīng)過準直后成像在出射狹縫上，出射狹縫根據(jù)需求將一定帶寬的單色光照向被測樣品，并透射到光電接收裝置，光學(xué)原理如圖2所示。

1.3 儀器的工作原理

由于被測液在特定波長或一定波長范圍內(nèi)對光有明顯的吸收作用，通過這一點，葡萄酒顏色分析儀根據(jù)被測液對光的吸收情況進行定性和定量分析。當某波長單色光通過被測溶液時，其能量就會有一部分被吸收，透射過的能量被接收裝置接收。光能量被吸收的多少即溶液吸光度A的大小與被測葡萄酒濃度（葡萄酒顏色深淺）有一定比例關(guān)系，符合比爾-朗伯定律。

T=I/Io

logIo/I=KCL

A=KCL

其中：T透射比；Io入射光強；I透射光強度；A吸收度；K吸收系數(shù)；L光路長度；C溶液的濃度

上述可見，當K和L不變時，吸光度A根據(jù)溶液的濃度而變化的，葡萄酒顏色分析儀便根據(jù)以上理論而設(shè)計。

圖2：光學(xué)原理

2 測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)由照明光源、濾光片、步進電機及驅(qū)動、光電接收器、放大電路、V/F變換電路、嵌入式系統(tǒng)控制及處理部分組成。被測光源的光線透過濾光片后照射到光電接收上，光電接收器所輸出信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電壓信號輸入嵌入式系統(tǒng)進行處理，如圖3所示。

圖3：測量系統(tǒng)

儀器采用9mm光程比色皿，采集光譜范圍從380nm至780nm，測試樣品時，波長從高到低每隔5nm取值一次，全部測試完畢后，儀器通過相應(yīng)算法計算出所需L*、a*、b*值，以及C*，h*，△E值，其中明度指數(shù)L*（亮度軸），表示黑白，0為黑色，100為白色，0-100之間為灰色。

色品指數(shù)a*（紅綠軸），正值為紅色，負值為綠色。色品指數(shù)b*（黃藍軸），正值為黃色，負值為藍色。所有顏色都可以用L*a*b*這三個數(shù)值表示，試樣與標樣的L*a*b*總色差用ΔE*表示。

3 儀器的重復(fù)性

儀器測量樣品的重復(fù)性誤差以△E為參照標準，要求△E不超過1.5即認為樣品合格。當△E范圍在0-0.25時表示樣品與標樣色差非常小或者沒有，屬于理想匹配；當△E范圍在0.25-0.5時表示樣品和標樣色差微小屬于可接受范圍；當△E范圍在0.5-1.0時表示色差微小到中等，屬于在應(yīng)用中可接受范圍；當△E范圍在1.0-1.5時表示色差中等，屬于在特定應(yīng)用中可接受范圍。

4 結(jié)論

經(jīng)多方實驗論證表明，本文設(shè)計的葡萄酒顏色分析儀具有重復(fù)誤差小、操作方便、精度高等有點，為后期的葡萄酒顏色分析工作帶來了極大的方便，提高了依靠人眼感官判斷葡萄酒品質(zhì)的效率以及減小了感官判斷所產(chǎn)生的誤差。

[1]《中華人民共和國出入境檢驗檢疫行業(yè)標準》出口葡萄酒顏色的測定CIE 1976（L* a* b*）色空間法.

[2]GB15037-2006葡萄酒[S].北京:中國標準出版社,2006.

[3]湯順青.色度學(xué)(第一版）[M].北京:北京大學(xué)出版社,1990.

[4]GB 3977-83中國國家標準顏色的表示方法[S].北京:中國標準出版社,1983.

作者單位1.濟南海能儀器股份有限公司 山東省濟南市 250100
2.秦皇島出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心 河北省秦皇島市 066004

河北省科研計劃項目“中國葡萄酒顏色數(shù)據(jù)庫建立、分級模型研究及測量儀器研發(fā)”；項目編號：16275519。