其他蔬菜高(Santamaria, 2006)。不同蔬菜之中硝酸鹽含量如表 2-1 所示，以 Portuguese cabbage 為例，僅取 9 株植株，所測到之硝酸鹽含量最低只有 41 ppm，
但最高卻高達 939 ppm，標準差高達 323 ppm。因此我們可看出即便是同一種蔬
Colza(“Couve-nabica”) 1 73
N：樣本個數；SD：標準差 Vegetable types and varieties Nitrite Nitrate
mg/100g fresh weight mg/100g fresh weight
Root vegetables Carrot 0.002–0.023 92–195
Mustard leaf 0.012–0.064 70–95
Lettuce 0.008–0.215 12.3–267.8
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Spinach 0–0.073 23.9–387.2
Chinese cabbage 0–0.065 42.9–161.0
Bok choy 0.009-0.242 102.3-309.8
Cabbage 0-0.041 25.9-125.0
Cole 0.364-0.535 76.6-136.5
Wax gourd 0.001-0.006 35.8-68.0
Cucumber 0-0.011 1.2-14.3
Eggplant 0.007-0.049 25.0-42.4
2-1-2 硝酸鹽對人體之影響
身體攝取過多的硝酸鹽。Manuela Correia et al. (2010)之研究指出攝取硝酸鹽，其 含量若低於每日可接受吸收量(ADI)，便可以安心無虞。依照聯合國食品添加物 專家委員會於 1995 年所評估，硝酸鹽的每日可攝取量為 0 - 3.7 毫克/公斤體重/日，而亞硝酸鹽的每日可攝取量為 0 - 0.06 毫克/公斤體重/日。
根據 ATSDR（2013）網站所刊登之研究資料指出，攝取過量的硝酸鹽會導 致高鐵血紅蛋白症（methemoglobinemia）。高鐵血紅蛋白是血紅蛋白中原有的亞
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鐵離子(Fe2+)，會被人體內過多的硝酸鹽與亞硝酸鹽氧化為鐵離子(Fe3+)，會使 原本的血紅蛋白轉變為褐色。量過多時，會使血液喪失攜氧能力，將可能導致病 人缺氧 (Bruning-fann and Kaneene, 1993)，由於血液不能運送氧氣，口唇、指尖 會變成藍色，亦有俗稱此為「藍血病」，嚴重會令腦部缺氧，甚至死亡。嬰兒尤 (Moorcroft et al., 2001)。硝酸鹽的檢測方法眾多，依據待測物為液態或是氣態各 有分別。依中華民國行政院環保署環境檢驗所提供之水中檢測方法有四：馬錢子 鹼比色法、分光光度計法、鎘還原流動注入分析法與鎘還原法，而氣態中的檢測 法則有三種：2,4 二甲苯酚法、抑制型離子層析法與離子層析法。然而以上標準 方法僅適合應用於水質與空氣的檢測上，與使用於葉菜之量測較無直接關聯。
於菜葉測量方面，根據中華民國衛生福利部所提供給葉菜硝酸鹽檢驗的標準 中列有三種方法，分別是呈色法(分光光度計法)(McMullen et al., 2005)、高效液 相層析法(HPLC)(Chou et al., 2003)與離子層析法(IC)(Ondrej et al., 2010)，三種方 法皆與歐盟公布之標準方法相同。第二及第三項使用上需耗費較長時間，而呈色
青江菜(學名：Brassica chinensis Linn)原產於亞洲和歐洲北部地區，又稱江 門白菜、高腳白菜等。屬於十字花科草本植物，全年皆可栽種，葉柄較粗，葉片
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圖 2-1 蔬菜中硝酸鹽含量(羅等人，2012)
2-2 光譜檢測技術
光譜檢測為一種非破壞性、快速且準確之檢測技術，因其具非破壞性之優點，
常用於檢測生物材料。本節介紹有關近紅外光光譜檢測技術，以及其延伸應用。
2-2-1 近紅外光檢測技術
近紅外光介於可見光與紅外線之間，波長範圍為 780 nm 至 2500 nm (Blanco, 2002)。用於定量分析時，乃是根據比爾定律(Beer’s Law)，如式 2-1 至式 2-3 所 示，其中𝐼0、𝐼𝑟、𝐼𝑡、R 與 T 分別為入射光、反射光、透射光、反射率以及透射 率，而 A 則是根據測量的方法不同所得的反射或是透射之吸收度，其中式 2-3 代表的是透射之吸收度。因此透過計算光通過待測物質後，被待測物分子鍵結吸 收光之多寡，便可辨別其中待測物之濃度。因其具有非破壞性之優點，近年來常 用於生物材料的檢測，如檢測蔬菜中成分的含量(廖，2008)、蔬果內之糖度高低 (林，2002)、生物含水率(Vomhof and Thomas, 1970)、水果糖酸度(陳等人， 2008)、
維他命 C(Blanco et al., 1997)、幾丁質(蔡， 2004)等研究。
圍(圖 2-2)。相關研究如中藥成分檢測及分類(黃等人，2004)、肉品檢測(Cozzolino and Murray, 2002)等，其中王(2010)使用近紅外光光譜檢測茶葉兒茶素，搭配多 重線性回歸(MLR)以及修正型最小平方回歸兩種方法，得到之相關係數數值皆可 之出平面彎曲(out-of-plane bending)、7194 nm 處之反對稱拉伸(antisymmetric stretch)與 13889 nm 處之入平面彎曲(in-plane bending)。而根據計算其不同的泛音 吸收與組合頻帶，與 Upadhyaya et al. (2010)之文獻指出之位置相吻合，因此得知 硝酸根於近紅外光區域的強吸收波段位於 1800 至 2300 nm 之間。
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圖 2-2 常見鍵結之近紅外光吸收頻帶 （FOSS NIRSystems Inc, 2005）
如價格、重量、電源供應、準確度與人機介面等(dos Santos et al., 2013)，也因此 運用小型光譜儀開發檢測設備勢必存有其困難度。目前市面上已有許多小型光譜 儀的販售，但其價格及性能皆未適合被應用於成份檢測設備的開發。
市售小型光譜儀之性能主要之指標有：信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)、
動態範圍(Dynamic range, DR)、穩定度與積分時間等。其中信噪比又稱信號雜訊 比，即為信號對雜訊之比例，用於比較所需訊號的程度與背景雜訊之程度，可做 為表示儀器量測能力優劣之參考依據(Pauluzzi and Beaulieu, 2000)。其中，又分為 SNRMax與 SNRAvg，前者是自各波長所計算出的 SNR 之最大值，後者是將所有雜
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2-2-3 多光譜檢測技術
不同於全波段之光譜檢測，多光譜檢測技術可藉由部分較具代表性之特徵波 長來達到預測之效果。因其所需使用之波長較少，所耗費之成本可降低，亦較適 用於及時之現場檢測，固有許多運用多光譜技術於植物生理與田間之檢測。如：
Cogdill et al. (2004) 利用多光譜與彩色影像進行耕地中磷元素之定量評估。Noh et al. (2005) 將多光譜影像檢測系統，加裝於可於田間行走之機器(圖 2-3)，使用
550、660 與 800nm 之波長檢測玉米之吸收度，對其葉綠素含量做迴歸分析，其 決定係數 r2值皆大於 0.72。於 Borhan et al. (2004) 之研究中以 CCD 數位攝影機 搭配多光譜系統，擷取馬鈴薯葉片於光波長 550, 710, 810nm 之下之影像，以線 性回歸方法找出光譜資訊與硝酸鹽和葉綠素含量之關係，其 r2值達到 0.78，雖然 研究樣本稍嫌不足，但仍顯示以多光譜系統檢測植物中硝酸鹽之可能性。
圖 2-3 可於田間行走之多光譜影像檢測系統 (Cogdill et al., 2004)
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2-3 市售小型光譜儀
2-3-1 傳統光譜儀
傳統光譜儀以分光方式區分可分為前分光型與後分光型，前者是將光源先以 光譜儀分光後再照射至樣本進行量測，而後分光型則是先將光源照射樣本後，其 量測之光線再以光譜儀分光，本節以較常應用於線上檢測之後分光型光譜儀作為 討論對象。
使用外接光源以反射或透射方式照射過樣本後之光通常會先經由光纖做傳 遞，並在進入光譜儀前以聚光透鏡將光線聚焦至狹縫(collimator slit)中(如圖 2-4 橘色所示)。狹縫之寬度可將光線解析，較小的狹縫即可獲得較高之解析度，然 而光線通過之能力也會同時減弱，反之若狹縫較寬則可犧牲解析能力並提高其檢 測光強度。經解析的光再經過準值凹面鏡便可將平行光線照射於平面光柵表面上。
平面光柵為一表面刻有等寬且等間隔刻痕之元件(如圖 2-4 中紅色位置)，光線會 因散射和干涉而分解為一系列波長之單色光，再經凹面鏡將分光後各波長之平行 光聚焦於感測器之焦平面上，藉此便可獲取各波長之光譜資訊。由於經光柵所分 離出的光線具有高繞射階之雜訊及條狀成像面之關係，有些較高級之光譜儀會額 外加裝濾光鏡(前者)及聚光透鏡(後者)(如圖 2-4 綠色處)去過濾雜訊及加強光強度 信號。
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圖 2-4 光譜儀內部構造圖(Ocean Optic Inc, 2014)
2-3-2 光學濾光型光譜儀
光學濾波器為可使特定波長通過之濾光鏡片，而線性可變濾光鏡片(linear variable filter, LVF)(圖 2-5)則是使用鍍膜技術將微米大小之微粒塗層鍍於分光元 件上，使其產生厚度差異，成為一單方向之楔型元件，使光源照射至元件時便可 以藉此楔型元件將光線分解為一系列波長之單色光，大多分為紫外光(UVA)、可 見光(VIS)與近紅外光(NIR)區域之濾光鏡片。市面上常常應用於光學顯微鏡、生 物醫學雷射系統、流式細胞儀、光學相干斷層攝影技術等等。
圖 2-5 各式光學濾光鏡片(Delta Optical Thin Film A/S, 2016)
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光學濾波型光譜儀則是使用 LVF 作為分光方式之光譜儀，有別於傳統光柵 光譜儀，採用 LVF 作為分光方式之光譜儀。可直接使光源照射至元件而分解為 單色光(如圖 2-6)，便可以使用陣列型光感測器做光譜之接收，由於以此方式分 光之光譜儀只須將光線照射至濾光片上便得以分光，因此相較於平面光柵式光譜 儀，不僅不須加裝凹面鏡於光譜儀內部進行光線的準直與聚焦處理，於體積的縮 減上也有著顯著的差異。
圖 2-6 鍍膜分光型光譜儀之工作原理(Echung Electronic Technology, 2016)
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2-3-3 DLP 波段選別光譜儀
數位光源處理技術 Digital Light Processing (DLP)芯片為一包含數位微型反 射鏡元件 Digital Micromirror Device (DMD)之可編程高速數位光開關，可接受電 子訊號代表之資料字元，並產生光學輸出。其由許多微小之反射鏡構成，當接受 到數位訊號時，其數位開關便會使反射鏡旋轉至+12 度，若是沒有接受到訊號，
數位開關便會使微反射鏡旋轉至-12 度，使 ON 狀態之反射鏡顯得非常明亮而 OFF 狀態則反之。如圖 2-7 所示，根據下方之 DMD 所獲得之訊號，可使光源分 別反射至需投影之目標亦或是導向別處使光源被吸收。
圖 2-7 DLP 芯片工作原理 (德州儀器。2016)
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目前 DLP 廣泛的被應用於投影機與顯示器當中，其與目前常見之 LCD 投影 機的差別在於 LCD 需使用紅藍綠三種顏色之液晶板，在使光源通過屏幕上像素 點對應的成像單元才得以成像。而 DLP 投影機則是以三顆 DMD 分別使經由三 菱鏡分光過後之紅綠藍三色光導向適當之位置並達到成像效果。其中 DLP 投影 機的最大優點是為可以實現更小的體積以及重量，並且可以達到較高之對比值，
使畫面更為清晰，目前幾乎所有重量小於 3.5 磅的投影機皆為採用 DLP 技術而 製成。
將 DLP 技術運用於光譜儀當中便可將 DMD 作為光源選別元件使用，可有 效地選擇經由適當分光過後之光線進入至感測器當中，僅使特定光線進入感測器，
能有效降低光資訊之雜訊並提升光譜儀之辨識能力與準確度。於光感測器的選擇 上便不須選擇單價較高的陣列型感測器，可使用面積較大之單晶片感測器做代替，
於感測能力上可大幅提升並同時降低光譜儀成本。
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