解決方案
不同巧克力的吸收光譜
前言：你知道嗎？這些關于“巧克力”的知識
情人節是受歡迎的全國性和全球性節日。這個浪漫的節日始于14世紀左右，是一個為了慶祝愛情互贈深情問候和禮物的節日，其中受歡迎的禮物是香氣撲鼻的鮮花和香甜可口的巧克力。雖然“巧克力”一詞包含的糖果類別比較廣泛，但對于某些特定的巧克力，它們的定義卻非常嚴格。任何被定義為“牛奶巧克力”的巧克力都必須含有可可脂，可可固體，至少12%的牛奶和10%的可可。
這還只是“牛奶巧克力”的限度指標，高品質的牛奶巧克力一般含有30-40%的可可。剩余成分可能是糖、香草、乳化劑和其他調味品。“白巧克力”必須含有至少14%的牛奶和20%的可可，但不含可可固體，這可以消除巧克力自身的果味和苦味。
“黑巧克力”中必須含有至少35%的可可，一般情況下這個比例接近60-70%，最高可達90%左右，規定要求不含牛奶，但通常會有微量的牛奶。
PART01：實驗設想
通常這些不同的巧克力類型可以通過肉眼可觀察的顏色和材質來區分。但我們也可以跟據他們的組成成分——即它們的分子組成來區分。本實驗中，我們將使用近紅外光譜法來實現。
圖1：實驗中使用的五種巧克力樣品和白參考
從左到右:牛奶巧克力、廉價牛奶巧克力、白巧克力、可可含量為78%的黑巧克力、可可含量為92%的黑巧克力、Avantes的白色參考瓦（WS-2）。
PART02：實驗儀器
本實驗使用的光譜儀(圖2)是AvaSpec-NIR256-1.7-EVO近紅外光纖光譜儀。這款近紅外光譜儀測量范圍高達1.7 μm，采用高靈敏度光學平臺，具有良好的性能參數，采樣速度可達0.53 ms，積分時間可短至10μs。
圖2：AvaSpec-NIR256-1.7-EVO (左)，積分球和巧克力樣品 (右)
AvaSpec-NIR256-1.7-EVO配備了InGaAs(銦鎵砷)陣列探測器，USB3 和千兆以太網接口的超低噪聲電路板。可以選擇不同光柵和狹縫。光譜儀的數字和模擬I / O 接口可實現對光譜儀的外觸發以及對脈沖光源和快門和的控制，并且可以通過軟件選擇兩種不同的增益模式，即高靈敏度模式（HS，默認）和低噪聲 （LN）模式。
本實驗使用的光源為AvaSphere-50-LS-HAL-12V內置鹵素燈光源（圖3）的積分球。此積分球專為反射應用而設計，但也適用于低反射材料和近紅外光譜測量。
圖3：AvaSphere-50-LS-HAL-12V內置鹵素燈光源
內置鹵素燈光源的積分球為樣品提供漫射鹵素光，可以避免產生與光纖耦合相關的損耗，與我們的標準反射積分球相比，樣品上的光照強度高達160倍。AvaSphere-50-LS-HAL-12V積分球內徑為50mm，有一個10mm直徑的采樣口，一個SMA參比端口，以及一個準直的SMA端口，用于收集AvaSpec光譜儀的信號。
本實驗使用的其他配件包括:
一個將巧克力樣品與積分球隔開的玻璃
白色參考瓦(WS-2)，做為參考來比較每個巧克力樣品
600微米芯徑光纖(FC-UVIR600-1-BX)，連接積分球和光譜儀
PART03：實驗方法
除了便宜的牛奶巧克力樣品是一塊單獨的巧克力外，每個巧克力樣品都是從一塊完整的巧克力上掰下來的。每個樣品都儲存在21℃左右的房間抽屜里，以確保巧克力不會熔化。測量時，每個巧克力樣品先分別放置在玻片上，然后將玻片放在積分球的樣品端口上(圖4)。
圖4：用玻璃隔開積分球與巧克力
這個玻璃可以防止巧克力碎屑進入積分球造成污染，同時，也可以使測量距離更一致得到更準確的結果。首先測量白色參考瓷作為我們的白參考，將其放置在玻璃上確保測量距離的一致性。
我們使用AvaSoft軟件中的T-吸光度模式，其計數單位為A.U.。AvaSoft是我們定制的數據分析軟件包。這種模式是專門為吸光度應用而設計的。本實驗中，我們將白色參考瓦作為白參考。將積分時間設置為3ms左右，積分時間可以增加或減少一次測量的光量，影響測量光譜的整體幅度。我們將平均次數設置為100，是指將100個值平均在一起，以提供更一致的光譜結果。當積分時間較短時，可以使用比較高的平均次數。
PART04：實驗結果
圖5:牛奶巧克力樣品的吸收光譜
峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，吸光度分別為0.50 A.U.和0.74 A.U.
圖6:廉價牛奶巧克力樣品的吸收光譜
峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應的吸光度分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.
圖7:白巧克力樣品的吸收光譜
峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應的吸光度分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.
圖8:可可含量為78%的黑巧克力樣品的吸收光譜
峰值在1209.81 nm和1437.32 nm，兩處波長對應的吸光度分別為0.53 A.U.和0.68 A.U.
圖9: 可可含量為92%的黑巧克力樣品的吸收光譜
峰值在1128.26 nm和1322.60 nm，兩處波長對應的吸光度分別為0.52 A.U.和0.62 A.U.
圖10:結果對比圖
牛奶巧克力樣品(藍色)、廉價牛奶巧克力樣品(紅色)、白巧克力樣品(淺綠色)、可可含量為78%的黑巧克力樣品(暗紅色)和可可含量為92%的黑巧克力樣品(深綠色)的吸收光譜
所有巧克力樣品的吸收光譜均在1209.81 nm和1437.32 nm處測量到峰值。
數據說明：牛奶巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.50 A.U.和0.74 A.U.(圖5)。廉價牛奶巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.(圖6)。白巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.79 A.U.(圖7)。可可含量為78%的黑巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.53 A.U.和0.68 A.U.(圖8)。可可含量為92%的黑巧克力樣品在峰值處的吸光度值分別為0.52 A.U.和0.62 A.U.(圖9)。五種巧克力的光譜圖可以表明峰值強度的差異(圖10)。
在1209.81 nm處，吸光度由高到低分別為：可可含量為78%的黑巧克力樣品，可可含量為92%的黑巧克力樣品，白巧克力樣品，廉價牛奶巧克力樣品。在1437.32 nm處，吸光度由高到低分別為：白巧克力，廉價牛奶巧克力，牛奶巧克力，可可含量為78%的黑巧克力樣品，可可含量為92%的黑巧克力樣品。由此可以假設這個峰值表示糖含量。
結論：平均每份巧克力樣品為28g，白巧克力含15g糖，廉價牛奶巧克力含16克糖，牛奶巧克力含12g糖，可可含量為78%的黑巧克力含5g糖，可可含量為92%的黑巧克力含2g糖。這僅表明一個猜想，類似的如牛奶固體和其他調味料的趨勢可以從其他成分中得出。
PART05：實驗后記
總之，本實驗通過使用近紅外光譜觀察到了不同類型巧克力之間的差異。然而，必須使用進一步的計量分析來充分解釋和量化這些測量的差異。
AvaSpec-NIR256-1.7-EVO光纖光譜儀是一款高度通用的近紅外光譜儀，可以定制以適配您的需求。
AvaSphere-50-LS-HAL-12V內置鹵素燈積分球是專門為反射率測量而設計的，但也可用在任何可能存在信號強度有限問題的應用，如近紅外光譜測量。