售前热线: 400-623-2690

关注海洋光学:

注册/登录

使用光谱传感器解码危险酒精饮料

使用光谱传感器解码危险酒精饮料

本文关键词: 农业/食品吸光度NIR/SNIR
摘要

烈酒

在美国禁酒时代,危险的并不是来自自家酿的酒。为了增加利润,廉价和有毒的工业酒精被添加到烈性酒中,经常导致饮用者的失明和死亡。目前依然存在类似的做法,世界上约三成的酒精饮料依然是非法伪造的,这对于制造商的品牌和消费者的健康将造成莫大伤害。

我们在工业中随处可见假冒、掺假或仿冒产品的问题。烈酒行业也不例外。掺杂物包括用于除色的廉价溶剂和与酒精饮料(乙醇)具有相同致醉成分的外用酒精,使其含有的污染物(变性剂)对人类造成危害,这些变性醇中常见的添加剂是甲醇,甲基乙基酮和异丙醇。根据浓度的不同,变性剂不受质量程序和昂贵税收的限制,这使得它们对造假者很有吸引力。

实验概述

为了协助烈酒经销商和酿酒商,已经开发出可靠的光谱传感技术来识别假冒酒。Ocean Optics先前的研究表明,威士忌和烈酒的品牌产生特定的紫外 - 可见范围光谱,但紫外 - 可见范围不能用于区分具有必要精度的不同醇。在这里,我们研究使用中红外光谱传感器检测液体中少量变性醇的可行性。Ocean Optics的新型MZ5是一款移动式现场检测设备,无需样品制备即可提供实时结果。Ocean MZ5是一款微型ATR光谱仪,测量能力为1818-909 cm-1(5.5-11μm)。这种完全独立的仪器 - 包括样品接口,光源和检测器 - 为传统的FTIR光谱提供了紧凑,快速和可扩展的替代方案。

实验设置

对于该概念验证阶段,将甲醇(MeOH)和异丙醇(IPA)加入“液体”样品中。这些“液体”样品是合成的乙醇 - 水混合物,类似于伏特加(40%乙醇,60%水)。小心地创建0、1、2、3、4(%vol)值的每种变性剂污染的“烈酒”浓度。在几分钟内,对每个样品拍摄数百个光谱并取平均值,然后绘制在一起以产生下面的光谱。您可以看到IPA和MeOH都有光谱区域并显示所有浓度梯度。

所有校准光谱

图1:掺杂甲醇校准光谱

所有校准光谱

图2:掺杂IPA校准光谱

为了进一步揭示光谱的真实潜力并提高视觉分辨率,从所有污染浓度的平均值中减去每种浓度的光谱以放大方差区域。这些图突出了MZ5区分样品的能力。在第一组图中,难以用眼睛区分的东西现在看来是完全不同了。

所有校准光谱

图3:掺杂甲醇浓度差异的中心光谱

通过浓度着色的所有(可能的)缩放和/或中心光谱(如所示)

图4:掺杂IPA浓度差异的中心光谱

使用皮尔森相关系数 (数学处理方法)对其进行研究,以确定感兴趣的并有用的光谱区域,推断光谱趋势的可行性。蓝色的相关系数线达到1或接近1是可以使用化学计量学进行开发的重要选择项,因为该相关性与浓度相关。低于零的区域是信号与已知浓度负相关的区域。红色光谱线用于视觉参考。

浓度和光谱之间的相关性

图5:掺杂甲醇浓度和光谱之间的相关性

浓度和光谱之间的相关性

图6:掺杂IPA浓度和光谱之间的相关性

以下是基于上述区域使用偏最小二乘法“PLS”化学计量学编写的模型,从而进行的预测浓度趋势验证。需要选择那些变化多样的不同复杂程度(组件数量)的样本;另外也需要选择那些对贡献值偏差最小的样本。这些图正面证明了这项研究的可行性。结果趋势显示误差低于0.13%(体积百分比),这足以识别被工业级乙醇污染的烈酒。

使用校准光谱预测浓度

图7:使用校准光谱预测甲醇浓度

使用校准光谱预测浓度

图8:使用校准光谱预测IPA浓度

讨论

一般来说,纯乙醇中变性剂的浓度在5%左右,才符合免税变性乙醇的标准,而且只适用于工业用途。掺假液体通常含有2%变性剂,是安全性的最大耐受浓度,这是政府建议的0.5%的4倍。虽然这项初步研究仅限于合成伏特加作为“酒”,但0.13%的准确度结果非常令人鼓舞,是鉴定所需最低限的5倍。

与使用带有ATR附件的FTIR光谱仪的传统方法相比,MZ5更加紧凑,它可以放在一个小巧的便携箱中随身携带;另外,MZ5更牢固,他内部没有任何移动部件,而且也更实惠。此外,例如,MZ5可提供定制,定制的设备可用于零售商或分销商进行酒类认证,从而保证制造商的声誉,消费者的安全和政府应得的税收。

 

光纤光谱仪