(1.北京海關(guān)技術(shù)中心，北京 100026；2.上海匯像信息技術(shù)有限公司，上海 200240；3.國家肉類食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100068)

1 引言

近年來，隨著社會(huì)大眾對(duì)食品接觸材料及制品安全性的逐漸重視，食品接觸材料及制品的安全檢測(cè)也在逐漸被大眾所熟知，我國的食品接觸材料及制品的標(biāo)準(zhǔn)體系也在逐年完善。目前食品接觸材料國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)體系中，分為幾大類別：其一是以GB 4806.1-2016為首的通用安全要求，以及GB 4806.2-GB 4806.11的各類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；其二是以GB 9685-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31603-2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品生產(chǎn)通用衛(wèi)生規(guī)范》為代表的正對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域的強(qiáng)制性規(guī)范；其三就是以GB 31604.1《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》以及GB 5009.156-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)預(yù)處理方法通則》為首的食品接觸材料及制品相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。在GB 5009.156中，對(duì)食品接觸材料“7 試樣接觸面積”部分專門對(duì)食品接觸材料遷移試驗(yàn)中的表面積面積的計(jì)算做出了相應(yīng)的規(guī)定，并且針對(duì)樣品的不同器型以及遷移試驗(yàn)不同的浸泡方式，分別規(guī)定了接觸面積的測(cè)定要求；在附錄D中，對(duì)筷子、奶瓶蓋、碗邊緣、圓柱形杯口邊緣、湯勺和吸管等一些特定形狀的食品接觸用制品給出了面積計(jì)算公式[2]；但總體來說，食品接觸材料及制品在進(jìn)行接觸面積的測(cè)定時(shí)，最為傳統(tǒng)的方法仍然是通過手工測(cè)量后，再利用計(jì)算公式進(jìn)行測(cè)定。

因此，為了解決在食品接觸用制品表面積測(cè)定過程中的上述問題，上海匯像信息技術(shù)有限公司專門開發(fā)了一套針對(duì)不規(guī)則樣品的表面積測(cè)量系統(tǒng)，又稱為3D面積測(cè)定儀。它的出現(xiàn)從根本上改變以往實(shí)驗(yàn)人員人工測(cè)定樣品表面積的方式。對(duì)比傳統(tǒng)的人工測(cè)定方法，儀器法可以在很大程度上提高檢測(cè)效率、避免消耗實(shí)驗(yàn)人員過多的時(shí)間和精力[3]。但是，由于儀器采集圖像和數(shù)據(jù)主要采用光學(xué)掃描，因此可以想見測(cè)量過程會(huì)受到各種情況的干擾，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和精密度的下降。因此，本次將利用匯像公司研發(fā)的3D面積測(cè)定儀，對(duì)測(cè)定過程中由樣品表面顏色、粗糙程度、樣品擺放位置等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行簡要分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及設(shè)備

PHS620BF型3D面積測(cè)定儀3臺(tái)，上海匯像信息技術(shù)有限公司。

2.2 試劑及材料

FC-5型反差增強(qiáng)劑，吳江市宏達(dá)探傷器材有限公司；

正方體、圓柱體、半球體、復(fù)雜體標(biāo)準(zhǔn)塊；

白色、綠色、藍(lán)色反光亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊各1個(gè)，白色、綠色、藍(lán)色、黑色亞光亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊各1個(gè)。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1測(cè)量精密度及準(zhǔn)確度測(cè)試

在3D面積測(cè)定儀的操作工作臺(tái)面上，在可測(cè)量范圍內(nèi)分別放置噴涂過反差增強(qiáng)劑的正方體、圓柱體和半球體標(biāo)準(zhǔn)塊。設(shè)置工作平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)30°對(duì)標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行一次掃描。待工作平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周并完成采集后，將所有角度的掃描圖像合成，通過軟件計(jì)算，得出一次表面積測(cè)量值。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊按以上步驟重復(fù)6次，測(cè)得6個(gè)表面積測(cè)量值。并通過計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)的誤差值RE以及標(biāo)準(zhǔn)偏差值RSD(圖1)。

圖1 復(fù)雜體標(biāo)準(zhǔn)塊示意圖

2.3.2樣品表面色差和粗糙程度影響測(cè)試

在3D面積測(cè)定儀的操作工作臺(tái)面上，使用3D面積測(cè)定儀對(duì)其表面積進(jìn)行測(cè)定：在可測(cè)量范圍內(nèi)放置亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊，設(shè)置工作平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)30°對(duì)板進(jìn)行一次掃描。待工作平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周后，將所有角度的掃描圖像合成，通過軟件計(jì)算，得出一次表面積測(cè)量值。每種亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊按以上步驟重復(fù)6次，得出6次測(cè)定數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)的誤差值RE以及標(biāo)準(zhǔn)偏差值RSD(圖2)。

圖2 亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊(7個(gè))

2.3.3樣品擺放位置影響測(cè)試

首先調(diào)整3D面積測(cè)定儀的掃描光源高度，以確保工作平臺(tái)全部處在可掃描區(qū)域內(nèi)。然后分別在距離圓臺(tái)邊緣1cm處、圓盤半徑1/2處以及圓臺(tái)中心點(diǎn)處分別放置正方體、圓柱體和半球體標(biāo)準(zhǔn)塊。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，設(shè)置每旋轉(zhuǎn)30°對(duì)標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行一次掃描，將所有角度的掃描圖像合成后，得出一個(gè)表面積測(cè)量值。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊按以上步驟重復(fù)6次，測(cè)得6個(gè)表面積測(cè)量值。并通過計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)的誤差值RE以及標(biāo)準(zhǔn)偏差值RSD。

3 結(jié)果匯總及分析

3.1 測(cè)量精密度及準(zhǔn)確度測(cè)試結(jié)果

從表1中4種標(biāo)準(zhǔn)塊的數(shù)據(jù)中可以看出，3臺(tái)儀器對(duì)4種標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果的誤差值和偏差值都可以達(dá)到±3%的要求。其中，圓柱體標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差和相對(duì)偏差都較小，半球體標(biāo)準(zhǔn)塊稍大；3臺(tái)儀器測(cè)試結(jié)果的相對(duì)偏差最大為0.288%?？梢妰x器測(cè)定數(shù)據(jù)的精密度較好。

表1 精密度及準(zhǔn)確度測(cè)量結(jié)果

注：3臺(tái)測(cè)試儀器的編號(hào)分別為A1、A2和A3。

3.2 表面色差和粗糙程度影響測(cè)試結(jié)果

使用3D面積測(cè)定儀對(duì)亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊的表面積進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見表2～表5。從數(shù)據(jù)中可以看出，白色亞光、綠色亞光、藍(lán)色亞光標(biāo)準(zhǔn)塊均有儀器的相對(duì)誤差超過了3%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差所有數(shù)據(jù)均小于3%；綠色和藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)塊數(shù)據(jù)中，亞光標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于反光標(biāo)準(zhǔn)塊，這種情況在綠色標(biāo)準(zhǔn)塊的數(shù)據(jù)中較為明顯。結(jié)合前項(xiàng)精密度與準(zhǔn)確度測(cè)試結(jié)果可以推測(cè)出，儀器是受到了來自樣品的干擾。此外，通過3種顏色的標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量數(shù)據(jù)，可以得出：在使用儀器測(cè)定樣品的表面積時(shí)，反光表面會(huì)更加影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而綠色的反光表面樣品會(huì)使儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度和精密度都受到較大的影響。

觀察黑色亞光標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以看到準(zhǔn)確度結(jié)果并不是很理想：3臺(tái)儀器對(duì)黑色標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差值均達(dá)到了28%以上，雖然相對(duì)偏差值在3%左右，但測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差值大、準(zhǔn)確度低，表明數(shù)據(jù)已無法滿足檢測(cè)的準(zhǔn)確性要求，因此可認(rèn)為不具有參考性。推測(cè)是由于樣品的表面顏色為黑色，儀器掃描的光線無法反射所致。因此，不推薦將黑色樣品直接測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果作為參考。

表2 白色亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果

表3 綠色亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果

表4 藍(lán)色亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果

表5 黑色亞光亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量結(jié)果

注：由于在預(yù)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)黑色反光亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊成像效果較差，以至于其測(cè)定數(shù)據(jù)已不具有參考性。因此，黑色反光亞克力標(biāo)準(zhǔn)塊并未參與此次測(cè)試。

綜合以上內(nèi)容，可以得出：待測(cè)樣品的不同顏色以及表面粗糙程度，會(huì)對(duì)儀器的測(cè)定產(chǎn)生不同程度的影響。

3.3 樣品擺放位置測(cè)試結(jié)果

從表6～表8結(jié)果數(shù)據(jù)中可以看出，3種標(biāo)準(zhǔn)塊放置于工作平臺(tái)邊緣處時(shí)，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差值均大于放置于中心點(diǎn)和1/2半徑處。特別是半球體標(biāo)準(zhǔn)塊，相對(duì)誤差較中心點(diǎn)處增加了0.21%～0.86%，且3臺(tái)儀器對(duì)半球體標(biāo)準(zhǔn)塊在邊緣處時(shí)的測(cè)量相對(duì)誤差都超過了3%，相對(duì)偏差值較中心點(diǎn)增加了0.11%～0.9%。由此可以得出：如果將樣品放置在靠近工作平臺(tái)邊緣的位置，會(huì)在一定程度上影響儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度和精密度。

表6 正方體標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)試結(jié)果

表7 圓柱體標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)試結(jié)果

表8 半球體標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

將3D面積測(cè)定儀運(yùn)用在食品接觸材料、飾品等材料測(cè)試的面積測(cè)量和計(jì)算中，雖然可以極大的簡化測(cè)量步驟，但是由于待測(cè)樣品本身顏色和表面情況的多樣性，會(huì)使儀器受到來自樣品表面的各種干擾。因此在放入儀器進(jìn)行測(cè)試前，最好對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)試，如果出現(xiàn)干擾儀器成像或影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和精密度的情況，則需要對(duì)樣品進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如噴涂顯像劑、進(jìn)行分割等。另外，將樣品放置在工作平臺(tái)上時(shí)也需要注意，盡量不要將樣品放置在過于靠近邊緣的位置；測(cè)量大于工作平臺(tái)的樣品表面積時(shí)，不推薦一次完成全部面積的數(shù)據(jù)采集。因?yàn)榭拷ぷ髌脚_(tái)邊緣的樣品部分會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)精密度和準(zhǔn)確度下降、影響結(jié)果數(shù)據(jù)的情況。這時(shí)可以考慮將樣品分不同部位進(jìn)行分次掃描，再利用軟件將得到的表面積數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行加和，以此得出準(zhǔn)確的表面積數(shù)據(jù)。