拉曼光谱的预调鸡尾酒成分在线检测研究
发布时间：2021-11-04 00:50
预调鸡尾酒生产过程中部分产品通过现有在线检测设备无法精确检测,有检测精度差、检测速度慢等问题。本文基于以上问题,提出了基于激光拉曼光谱技术结合偏最小二乘法（Partial Least Square简称PLS）检测模型,实现了预调鸡尾酒生产在线快速定量检测。首先,分析了预调鸡尾酒主要成分乙醇、果糖、葡萄糖、蔗糖的拉曼光谱特征光谱曲线。分别采用了多项式移动平均值滤波法、小波变换滤波法和去基线算法进行光谱预处理,选取待测物质特征峰值段光谱建立了PLS定量分析模型。其次,在离线状态下对模型进行分析优化,采用多项式移动平均值滤波法、小波变换滤波法、去基线后选取特征峰值处72点简化光谱结合PLS检测模型在保证检测精度的前提下明显降低了计算量,提升了检测效率。最后,在线状态下采用小波变换滤波法、去基线后选取60～1790（88）-1连续光谱结合PLS检测模型取得较好精度。在舍弃对四种物质分别定性分析的性能后,PLS检测模型以产品的特征光谱作为基础使用单组份检测模式取得最好的检测精度。实验结果显示:拉曼光谱结合PLS检测模型在不同成分比例的产品上浓度检测精度都在±0.05%以内,...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射和瑞利散射能级图
第一章绪论3率增加、波长减小的过程产生反斯托克斯拉曼散射；光子失去能量，频率减小，波长增加的过程产生斯托克斯拉曼散射。拉曼散射是在图1-1中分子在较低=0能级受到入射光0的激发后跃迁到一种受激虚态，在分子中这种受激虚态是一种不稳定状态，分子会迅速跃迁到稳定能级，当分子中从受激虚态跃迁到=1时发射一个光子(0)，这个光子能量小于入射光子0，波长增加部分既是拉曼位移。激光拉曼光谱仪介绍拉曼光谱仪是根据拉曼效应原理设计制造的检测仪器，主要分为表面增强拉曼光谱、共焦拉曼光谱、共振拉曼光谱等。本文实验采用的是表面增强拉曼光谱，本文使用的拉曼光谱结构如图1-2所示。图1-2拉曼光谱仪结构Fig.1-2RamanspectrometerstructureLaser为单色激光光源；LF为激光滤光片；BS为瑞利滤光片；L1,L2为两个凸透镜；Es为狭缝光栅；CM,FM为凹面反光镜；Grating为刻线光栅；CCD为感光镜头。单色激光光源与激光滤光片组合为光谱仪提供波长为785nm激光。瑞利滤光片的作用将波长小于790nm的光线全部反射，将波长大于790nm的光线全部透射，这样激光和瑞利散射光就无法通过该滤光片，拉曼散射光则可以透射，瑞利滤光片的光透射曲线图1-3（a）所示。激光通过瑞利滤光片的反射透过L1凸透镜使激光可以汇聚到待测样品的表面上；待测样品产生的拉曼散射光同反射的激光一起透过L1透镜到达瑞利滤光片,只有拉曼散射光线可以穿透瑞利滤光片到达L2凸透镜，透过L2凸透镜使拉曼散射光聚焦到一点通过Es为狭缝光栅。L1、L2和Es组成的共焦结构有效滤掉外界干扰信号，只有特定检测位置的拉曼散射光经过透镜聚焦才能透过光栅。
第一章绪论5传统离线检测方式离线检测方式是通过折光方法测量出产品白利度，再通过近红外检测仪和密度检测仪来测量乙醇的浓度，这种方法无法直接测量出产品中各种成分的浓度，且检测周期比较长。图1-4所示左图为白利度检测仪，右图为离线安东帕检测系统。图1-4白利度检测仪与离线安东帕检测系统Fig.1-4Bleaknessdetectorandoff-lineAntonPaardetectionsystem测量产品中总糖含量需要用化学滴定的方式检测。先用36.5%的盐酸溶液将混合糖溶液中的蔗糖水解成葡萄糖和果糖，再利用葡萄糖和果糖的还原性，直接滴定法或高锰酸钾法测定。检测还原糖是根据还原糖可以还原碱性酒石酸铜(C4H4CuO6)，进一步生成氧化亚铜(Cu2O)这一特性来检测的。酒石酸铜溶液使用时由甲、乙两种溶液混合得到。试剂甲为硫酸铜溶液，试剂乙为氢氧化钠(NaOH)与酒石酸钾钠(C4H4KNaO6)的混合液。甲乙两种溶液的混合液与还原糖在加热滴定时反应产生红色氧化亚铜。借助次甲基兰(CHClNS)溶液做指示剂确定滴定终点，次甲基兰在碱性溶液中(加热至沸腾)可被还原成无色。滴定到溶液显示绿色溶液中的糖全部被氧化，来计算溶液中总还原糖含量。如果溶液中有蔗糖和还原糖需要测量时，一次经过水解测量还原糖总量，第二次不经过水解测量还原糖总量，通过两次差值来计算蔗糖的含量。这种方法检测用时长，化学试剂消耗量大，是一种效率低成本高的检测手段[4]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]甜玉米葡萄糖、果糖和蔗糖含量近红外反射光谱模型构建[J]. 杨泉女,周权驹,王蕴波,洪宇,张敏,农华展,黄超宏. 中国农业科技导报. 2018(01)
[2]基于表面增强拉曼光谱快速定量检测碳酸饮料中苯甲酸钠的方法[J]. 房晓倩,彭彦昆,李永玉,王凡,卜晓朴,赵芳. 光学学报. 2017(09)
[3]拉曼光谱结合PSO-LSSVM算法检测三组分食用调和油含量[J]. 张燕君,何宝丹,付兴虎,徐金睿,周昆鹏. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[4]基于多光谱应用BP人工神经网络预测血糖[J]. 李东明,贾书海. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[5]基于近红外光谱法的花生籽仁中蔗糖含量的测定[J]. 秦利,刘华,杜培,董文召,黄冰艳,韩锁义,张忠信,齐飞艳,张新友. 中国油料作物学报. 2016(05)
[6]拉曼光谱定量分析乙醇含量的非线性回归方法研究[J]. 孙兰君,张延超,任秀云,付石友,田兆硕. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[7]基于Raman光谱和支持向量机回归的古井贡酒年份鉴别方法[J]. 王国祥,王海燕,王虎,张正勇,刘军. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
[8]基于改进标准加入法的碳酸饮料中防腐剂和甜味剂高通量筛查分析[J]. 王素方,刘云,弓丽华,董春红,符德学,王国庆. 光谱学与光谱分析. 2016(02)
[9]基于拉曼光谱的三组分食用调和油快速定量检测[J]. 刘燕德,靳昙昙,王海阳. 光学精密工程. 2015(09)
[10]Feasibility investigation on deep ocean compact autonomous Raman spectrometer developed for in-situ detection of acid radical ions[J]. 杜增丰,李颖,陈靓,郭金家,郑荣儿. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015(02)
博士论文
[1]DMD-HT近红外光谱仪关键技术研究[D]. 全向前.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
硕士论文
[1]除谱新方法在光谱分析中的应用[D]. 鞠思文.西安电子科技大学 2018
[2]SO42-与CO32-拉曼光谱的群论分析[D]. 曲业飞.中国海洋大学 2010
本文编号：3474672
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射和瑞利散射能级图
第一章绪论3率增加、波长减小的过程产生反斯托克斯拉曼散射；光子失去能量，频率减小，波长增加的过程产生斯托克斯拉曼散射。拉曼散射是在图1-1中分子在较低=0能级受到入射光0的激发后跃迁到一种受激虚态，在分子中这种受激虚态是一种不稳定状态，分子会迅速跃迁到稳定能级，当分子中从受激虚态跃迁到=1时发射一个光子(0)，这个光子能量小于入射光子0，波长增加部分既是拉曼位移。激光拉曼光谱仪介绍拉曼光谱仪是根据拉曼效应原理设计制造的检测仪器，主要分为表面增强拉曼光谱、共焦拉曼光谱、共振拉曼光谱等。本文实验采用的是表面增强拉曼光谱，本文使用的拉曼光谱结构如图1-2所示。图1-2拉曼光谱仪结构Fig.1-2RamanspectrometerstructureLaser为单色激光光源；LF为激光滤光片；BS为瑞利滤光片；L1,L2为两个凸透镜；Es为狭缝光栅；CM,FM为凹面反光镜；Grating为刻线光栅；CCD为感光镜头。单色激光光源与激光滤光片组合为光谱仪提供波长为785nm激光。瑞利滤光片的作用将波长小于790nm的光线全部反射，将波长大于790nm的光线全部透射，这样激光和瑞利散射光就无法通过该滤光片，拉曼散射光则可以透射，瑞利滤光片的光透射曲线图1-3（a）所示。激光通过瑞利滤光片的反射透过L1凸透镜使激光可以汇聚到待测样品的表面上；待测样品产生的拉曼散射光同反射的激光一起透过L1透镜到达瑞利滤光片,只有拉曼散射光线可以穿透瑞利滤光片到达L2凸透镜，透过L2凸透镜使拉曼散射光聚焦到一点通过Es为狭缝光栅。L1、L2和Es组成的共焦结构有效滤掉外界干扰信号，只有特定检测位置的拉曼散射光经过透镜聚焦才能透过光栅。
第一章绪论5传统离线检测方式离线检测方式是通过折光方法测量出产品白利度，再通过近红外检测仪和密度检测仪来测量乙醇的浓度，这种方法无法直接测量出产品中各种成分的浓度，且检测周期比较长。图1-4所示左图为白利度检测仪，右图为离线安东帕检测系统。图1-4白利度检测仪与离线安东帕检测系统Fig.1-4Bleaknessdetectorandoff-lineAntonPaardetectionsystem测量产品中总糖含量需要用化学滴定的方式检测。先用36.5%的盐酸溶液将混合糖溶液中的蔗糖水解成葡萄糖和果糖，再利用葡萄糖和果糖的还原性，直接滴定法或高锰酸钾法测定。检测还原糖是根据还原糖可以还原碱性酒石酸铜(C4H4CuO6)，进一步生成氧化亚铜(Cu2O)这一特性来检测的。酒石酸铜溶液使用时由甲、乙两种溶液混合得到。试剂甲为硫酸铜溶液，试剂乙为氢氧化钠(NaOH)与酒石酸钾钠(C4H4KNaO6)的混合液。甲乙两种溶液的混合液与还原糖在加热滴定时反应产生红色氧化亚铜。借助次甲基兰(CHClNS)溶液做指示剂确定滴定终点，次甲基兰在碱性溶液中(加热至沸腾)可被还原成无色。滴定到溶液显示绿色溶液中的糖全部被氧化，来计算溶液中总还原糖含量。如果溶液中有蔗糖和还原糖需要测量时，一次经过水解测量还原糖总量，第二次不经过水解测量还原糖总量，通过两次差值来计算蔗糖的含量。这种方法检测用时长，化学试剂消耗量大，是一种效率低成本高的检测手段[4]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]甜玉米葡萄糖、果糖和蔗糖含量近红外反射光谱模型构建[J]. 杨泉女,周权驹,王蕴波,洪宇,张敏,农华展,黄超宏. 中国农业科技导报. 2018(01)
[2]基于表面增强拉曼光谱快速定量检测碳酸饮料中苯甲酸钠的方法[J]. 房晓倩,彭彦昆,李永玉,王凡,卜晓朴,赵芳. 光学学报. 2017(09)
[3]拉曼光谱结合PSO-LSSVM算法检测三组分食用调和油含量[J]. 张燕君,何宝丹,付兴虎,徐金睿,周昆鹏. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[4]基于多光谱应用BP人工神经网络预测血糖[J]. 李东明,贾书海. 激光与光电子学进展. 2017(03)
[5]基于近红外光谱法的花生籽仁中蔗糖含量的测定[J]. 秦利,刘华,杜培,董文召,黄冰艳,韩锁义,张忠信,齐飞艳,张新友. 中国油料作物学报. 2016(05)
[6]拉曼光谱定量分析乙醇含量的非线性回归方法研究[J]. 孙兰君,张延超,任秀云,付石友,田兆硕. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[7]基于Raman光谱和支持向量机回归的古井贡酒年份鉴别方法[J]. 王国祥,王海燕,王虎,张正勇,刘军. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
[8]基于改进标准加入法的碳酸饮料中防腐剂和甜味剂高通量筛查分析[J]. 王素方,刘云,弓丽华,董春红,符德学,王国庆. 光谱学与光谱分析. 2016(02)
[9]基于拉曼光谱的三组分食用调和油快速定量检测[J]. 刘燕德,靳昙昙,王海阳. 光学精密工程. 2015(09)
[10]Feasibility investigation on deep ocean compact autonomous Raman spectrometer developed for in-situ detection of acid radical ions[J]. 杜增丰,李颖,陈靓,郭金家,郑荣儿. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015(02)
博士论文
[1]DMD-HT近红外光谱仪关键技术研究[D]. 全向前.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
硕士论文
[1]除谱新方法在光谱分析中的应用[D]. 鞠思文.西安电子科技大学 2018
[2]SO42-与CO32-拉曼光谱的群论分析[D]. 曲业飞.中国海洋大学 2010
本文编号：3474672
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