拉曼光谱检测技术具有快速、 高效、 无需样品预处理和非接触检测等独特优势, 是实现大批量样品高通量无损在线检测的理想方法, 同时也是实现白酒产品中乙醇浓度快速筛检的适宜手段。 然而与纯水溶液不同, 在激发光激励下大部分白酒的光谱中除了乙醇和水的拉曼特征峰外, 还存在明显的本底荧光干扰, 给酒精度检测精度带来负面影响。 因此, 基于拉曼特征峰峰强比值法检测乙醇浓度, 在进行数据处理前需人为选取进行荧光本底拟合的数据点, 主观性强, 数据处理效率低, 难以充分满足高通量样品在线筛检的技术需求。 针对上述问题, 基于自主搭建的激光偏振拉曼光谱检测系统, 对不同偏振角度线偏振光激发下四种白酒样品的拉曼特征峰和荧光本底干扰的偏振特性开展了详细研究, 并根据二者间的偏振特征差异提出了偏振拉曼光谱辅助的白酒乙醇浓度快速检测方法。 实验结果表明, 在差分偏振拉曼光谱的辅助下, 三次多项式拟合的相关系数超过0.99, 可实现3%~97%vol范围内乙醇浓度的准确反演, 且四种白酒样品乙醇浓度的反演精度明显高于传统方法, 显著提升了白酒酒精度检测的效率和精度。

设计了由光源、气室、探测器和控制器等组成的非分散红外吸收系统, 往气室内通入不同浓度的多组分气体(含有乙醇、二氧化碳和水蒸气), 采用红外光谱仪进行光谱数据采集, 得到多组分气体混合光谱图。根据数据集样本求解回归系数, 建立了多元线性回归模型, 并进行干扰修正以降低二氧化碳和水蒸气对乙醇浓度预测的影响。对建立的多元线性回归模型进行评价, 结果表明: 模型真实有效且具有良好的线性回归效果, 可以用于预测气体浓度, 乙醇、二氧化碳和水蒸气浓度预测误差均在可接受的范围之内, 其中乙醇浓度预测误差最小, 不超过 2.0×10－4。通过干扰修正尽可能排除二氧化碳和水蒸气的干扰, 能够较准确地预测乙醇浓度。

传统拉曼特征峰峰比法一般采用线性回归法建立乙醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度实现乙醇定量分析, 但仅在较低浓度范围适用。 针对这一问题, 采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(非对称CH2伸缩振动2 924.0 cm-1)与本底水峰(3 350 cm-1)相对强度关系, 提出适用于大范围乙醇浓度测量的非线性回归分析方法。 利用邻域平均算法去除拉曼光谱突变噪声, 结合多点插值处理实现光谱基线校准。 基线校准及归一化处理后, 可有效消除突变噪声及强荧光背景的影响。 分别采用二次多项式和e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归并与线性回归分析进行对比。 结果表明, 线性拟合相关系数约为0.991, 线性回归模型乙醇浓度准确测量的适用范围为15%～60%; 非线性拟合相关系数高于0.997, 非线性回归模型乙醇浓度精确测量的适用范围为3%～97%。 非线性数学模型可为乙醇溶液浓度定量分析提供理论基础, 将该数学模型应用于乙醇含量检测系统, 可实时反演较为精确的乙醇浓度, 从而实现大浓度范围内具有荧光背景干扰的乙醇溶液快速、 实时、 准确的定量分析。