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      使用光譜傳感器解碼危險酒精飲料

      使用光譜傳感器解碼危險酒精飲料

      本文關鍵詞: 農業/食品吸光度NIR/SNIR
      摘要

      烈酒

      在美國禁酒時代,危險的并不是來自自家釀的酒。為了增加利潤,廉價和有毒的工業酒精被添加到烈性酒中,經常導致飲用者的失明和死亡。目前依然存在類似的做法,世界上約三成的酒精飲料依然是非法偽造的,這對于制造商的品牌和消費者的健康將造成莫大傷害。

      我們在工業中隨處可見假冒、摻假或仿冒產品的問題。烈酒行業也不例外。摻雜物包括用于除色的廉價溶劑和與酒精飲料(乙醇)具有相同致醉成分的外用酒精,使其含有的污染物(變性劑)對人類造成危害,這些變性醇中常見的添加劑是甲醇,甲基乙基酮和異丙醇。根據濃度的不同,變性劑不受質量程序和昂貴稅收的限制,這使得它們對造假者很有吸引力。

      實驗概述

      為了協助烈酒經銷商和釀酒商,已經開發出可靠的光譜傳感技術來識別假冒酒。Ocean Optics先前的研究表明,威士忌和烈酒的品牌產生特定的紫外 - 可見范圍光譜,但紫外 - 可見范圍不能用于區分具有必要精度的不同醇。在這里,我們研究使用中紅外光譜傳感器檢測液體中少量變性醇的可行性。Ocean Optics的新型MZ5是一款移動式現場檢測設備,無需樣品制備即可提供實時結果。Ocean MZ5是一款微型ATR光譜儀,測量能力為1818-909 cm-1(5.5-11μm)。這種完全獨立的儀器 - 包括樣品接口,光源和檢測器 - 為傳統的FTIR光譜提供了緊湊,快速和可擴展的替代方案。

      實驗設置

      對于該概念驗證階段,將甲醇(MeOH)和異丙醇(IPA)加入“液體”樣品中。這些“液體”樣品是合成的乙醇 - 水混合物,類似于伏特加(40%乙醇,60%水)。小心地創建0、1、2、3、4(%vol)值的每種變性劑污染的“烈酒”濃度。在幾分鐘內,對每個樣品拍攝數百個光譜并取平均值,然后繪制在一起以產生下面的光譜。您可以看到IPA和MeOH都有光譜區域并顯示所有濃度梯度。

      所有校準光譜

      圖1:摻雜甲醇校準光譜

      所有校準光譜

      圖2:摻雜IPA校準光譜

      為了進一步揭示光譜的真實潛力并提高視覺分辨率,從所有污染濃度的平均值中減去每種濃度的光譜以放大方差區域。這些圖突出了MZ5區分樣品的能力。在第一組圖中,難以用眼睛區分的東西現在看來是完全不同了。

      所有校準光譜

      圖3:摻雜甲醇濃度差異的中心光譜

      通過濃度著色的所有(可能的)縮放和/或中心光譜(如所示)

      圖4:摻雜IPA濃度差異的中心光譜

      使用皮爾森相關系數 (數學處理方法)對其進行研究,以確定感興趣的并有用的光譜區域,推斷光譜趨勢的可行性。藍色的相關系數線達到1或接近1是可以使用化學計量學進行開發的重要選擇項,因為該相關性與濃度相關。低于零的區域是信號與已知濃度負相關的區域。紅色光譜線用于視覺參考。

      濃度和光譜之間的相關性

      圖5:摻雜甲醇濃度和光譜之間的相關性

      濃度和光譜之間的相關性

      圖6:摻雜IPA濃度和光譜之間的相關性

      以下是基于上述區域使用偏最小二乘法“PLS”化學計量學編寫的模型,從而進行的預測濃度趨勢驗證。需要選擇那些變化多樣的不同復雜程度(組件數量)的樣本;另外也需要選擇那些對貢獻值偏差最小的樣本。這些圖正面證明了這項研究的可行性。結果趨勢顯示誤差低于0.13%(體積百分比),這足以識別被工業級乙醇污染的烈酒。

      使用校準光譜預測濃度

      圖7:使用校準光譜預測甲醇濃度

      使用校準光譜預測濃度

      圖8:使用校準光譜預測IPA濃度

      討論

      一般來說,純乙醇中變性劑的濃度在5%左右,才符合免稅變性乙醇的標準,而且只適用于工業用途。摻假液體通常含有2%變性劑,是安全性的最大耐受濃度,這是政府建議的0.5%的4倍。雖然這項初步研究僅限于合成伏特加作為“酒”,但0.13%的準確度結果非常令人鼓舞,是鑒定所需最低限的5倍。

      與使用帶有ATR附件的FTIR光譜儀的傳統方法相比,MZ5更加緊湊,它可以放在一個小巧的便攜箱中隨身攜帶;另外,MZ5更牢固,他內部沒有任何移動部件,而且也更實惠。此外,例如,MZ5可提供定制,定制的設備可用于零售商或分銷商進行酒類認證,從而保證制造商的聲譽,消費者的安全和政府應得的稅收。

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      光纖光譜儀 {首页主词标题}