CN111426636A - 酒类化学组分含量快速分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种酒类化学组分含量快速分析仪，包括样品池、温度控制模块、光谱采集模块、数据处理模块和显示器。样品池用于盛放待分析的酒类样本；温度控制模块用于使样品池中待分析的酒类样本保持设定温度；光谱采集模块用于提供照射样品池中待分析的酒类样本的中红外照射光，并采集中红外照射光照射样品池中的酒类样本后产生的中红外透射光光谱；数据处理模块用于基于中红外透射光光谱进行分析并得出待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。显示器用于显示待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。本发明基于中红外光，能够对酒类进行快速、高效、准确地组分含量分析，从而可以提高工作效率、保障酒类质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种酒类化学组分含量快速分析仪。
背景技术
酒类中含有多种多样的化学组分，在酒类酿造过程中需要对其中各种化学组分及含量进行分析，以控制产品质量。
例如中华民族的瑰宝——白酒，独特的酿造工艺赋予了白酒丰富的组分。对白酒的质量控制，当前主要从酒精度、总酸、总酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯等七个指标进行分析。而当前的酒精度、总酸、总酯和4种主要酯类分别采用不同物理化学方法进行检测，繁琐耗时，存在废液排放，需要专业技能操作人员。如何实现对白酒组分含量进行快速、便捷、高效、准确的分析，是行业发展的迫切需要。
近年来，近红外分析仪有被用于白酒分析中。然而近红外在液体白酒类样品的分析中存在峰形相对平坦重叠而复杂，峰间易干扰，建模难度高等问题，使得对液体白酒类样品的检测精度偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够快速便捷、高效准确地对酒类化学组分含量进行分析的仪器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种酒类化学组分含量快速分析仪，包括：
样品池，所述样品池用于盛放待分析的酒类样本；
温度控制模块，所述温度控制模块用于使所述样品池中所述待分析的酒类样本保持设定温度；
光谱采集模块，所述光谱采集模块用于提供照射所述样品池中所述待分析的酒类样本的中红外照射光，并采集所述中红外照射光照射所述样品池中的酒类样本后产生的中红外透射光光谱；
数据处理模块，所述数据处理模块用于基于所述中红外透射光光谱进行分析并得出所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
所述光谱采集模块包括用于输出所述中红外照射光的发光单元、用于采集所述中红外透射光光谱的检测器。
所述发光单元包括发出复合光的光源、用于对所述复合光进行分光并产生所述中红外照射光的分光结构；所述检测器为点检测器或阵列检测器。
所述分光结构为滤光片、光栅、傅里叶变换器或声光可调滤光器。
所述样品池的材质为氟化钙或金刚石。
所述中红外照射光的光谱波段是连续的或离散的。
所述数据处理模块包括：
模型数据库，所述模型数据库中存储有多种基于已知化学组分含量的酒类样本建立的、用于表征所述酒类样本的化学组分含量与中红外照射光照射所述酒类样本后产生的中红外透射光光谱之间对应关联的模型，所述模型中的变量包括所述酒类样本的种类、所述酒类样本的化学组分含量、所述中红外照射光的波段；
分析模块，所述分析模块用于将所述待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱与所述模型数据库中的模型进行运算比对，以获得所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
所述分析模块先将所述待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱进行预处理以去除噪声、基线漂移和背景干扰，所述分析模块采用的预处理方法包括平滑、微分、散射校正、中心化、小波处理中的任何一种，或几种的任意组合。
采用多元分析方法建立所述模型，所述多元分析方法包括线性回归、主成分分析、因子分析、偏最小二乘、小波变换分析、遗传算法、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或几种的任意组合。
所述酒类化学组分含量快速分析仪还包括：
显示器，所述显示器用于显示所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于中红外光，能够对酒类进行快速、高效、准确地组分含量分析，从而可以提高工作效率、保障酒类质量。
附图说明
附图1为本发明的酒类化学组分含量快速分析仪的原理框图。
附图2为本发明对酒类样本进行光谱扫描所得的透射光谱图。
以上附图中：1、样品池；2、温度控制模块；3、光谱采集模块；4、数据处理模块；5、显示器；6、发光单元；7、检测器；8、光源；9、分光结构
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1所示，一种酒类化学组分含量快速分析仪，包括样品池1、温度控制模块2、光谱采集模块3、数据处理模块4，还可以包括显示器5。
样品池1用于盛放待分析的酒类样本，其采用不吸收中红外的材质，如氟化钙或金刚石等制成。
温度控制模块2与样品池1相连接，用于使样品池1中待分析的酒类样本保持设定温度。
光谱采集模块3用于提供照射样品池1中待分析的酒类样本的中红外照射光(中红外光谱的波数范围为400至4000cm-1)，并采集中红外照射光照射样品池1中的酒类样本后产生的中红外透射光光谱。具体的，光谱采集模块3包括用于输出中红外照射光的发光单元6和用于采集中红外透射光光谱的检测器7。其中，发光单元6输出的中红外照射光的光谱波段是连续的或离散的，可以是中红外光谱范围内的部分波段。发光单元6包括发出复合光的光源8、用于对复合光进行分光并产生中红外照射光的分光结构9。光源8所发出的复合光中包含中红外波段，通常需要覆盖整个中红外波段。分光结构9为滤光片、光栅、傅里叶变换器或声光可调滤光器。检测器7为点检测器7或阵列检测器7，与所使用的分光结构9相匹配。
数据处理模块4与光谱采集模块3的检测器7相连接，用于基于中红外透射光光谱进行分析并得出待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。数据处理模块4可以采用台式计算机、笔记本电脑、嵌入式计算机等载体实现。数据处理模块4包括模型数据库和分析模块。模型数据库中存储有多种用于表征酒类样本的化学组分含量与中红外照射光照射酒类样本后产生的中红外透射光光谱之间对应关联的模型，这些模型是基于已知化学组分含量的酒类样本建立的，模型中的变量包括酒类样本的种类、酒类样本的化学组分含量、中红外照射光的波段。分析模块用于将待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱与模型数据库中的模型进行运算比对，以获得待分析的酒类样本中各种化学组分的含量，即在相同酒类样本的种类、酒类样本的温度、中红外照射光的波段的条件下，若酒类样本对应的中红外透射光光谱与模型的某一中红外透射光光谱最为一致，则该光谱对应的酒类样本的化学组分含量即转化为当前酒类样本的化学组分含量。判断上述各条件相同是指各项条件在允许的误差范围内。
在数据处理模块4中，分析模块先将待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱进行预处理以去除噪声、基线漂移和背景干扰，分析模块采用的预处理方法包括平滑、微分、散射校正、中心化、小波处理中的任何一种，或几种的任意组合。并且在数据处理模块4中，对于一定数量的已知化学组分含量的酒类样本，采用多元分析方法将酒类样本已知的化学组分含量与其中红外透射光光谱相关联而建立模型，多元分析方法包括线性回归、主成分分析、因子分析、偏最小二乘、小波变换分析、遗传算法、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或几种的任意组合。当建立模型时，先准备大量酒类样本，并采用现有的物理化学方法检测其各组分含量，然后可以利用本方案的样品池1、温度控制模块2、光谱采集模块3来采集其对应的中红外透射光光谱，对获得的中红外透射光光谱预处理后，进而建立表征酒类样本的化学组分含量与中红外照射光照射酒类样本后产生的中红外透射光光谱之间对应关联的模型。
显示器5与数据处理模块4相连接，用于显示待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
本发明是一种结合了中红外分子光谱信息与化学计量学方法所开发的酒类化学组分含量快速分析仪，在利用其对白酒的化学组分进行分析时，所涉及的白酒化学组分主要包括酒精度、总酸、总酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯等。应用本发明的酒类化学组分含量快速分析仪时，一次扫描样品可同时快速得到多个组分含量。该分析仪所采用的分析方法，即基于中红外照射并采集中红外透射光光谱而实现的化学组分分析方法，也同样适用于其他液体样品的化学组分含量分析。
本发明的具体应用实例如下：
收集400个各指标分散分布的白酒样本装入样品池1，使用本分析仪进行光谱扫描。具体参数为：中红外波长2500-10000nm，样品池1温度40℃，采用氟化钙样品池1，并采用不吸收中红外的调零液体进行参比测量和空白扣除。
对于所要分析的酒类样本，装入样品池1进行光谱扫描，根据扫描所得透射光谱图(如图2)，则分析仪基于模型自动运行进行分析，显示器5随即显示酒精、总酸、总酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯等组分含量。对待分析的酒类样本，可以进行多次重复性分析，结果如下表所示。
表1对某白酒样进行中红外分析的重复性结果
本发明的有益效果在于：
(1)白酒样的各项组分含量传统上需分别测定，而本发明分析仪直接同时快速测定白酒样各项指标，且不对样品造成物理破坏和不产生化学污染，清洁环保；
(2)本发明克服了传统检测方法所存在的繁琐耗时、存在废液排放、需要专业技能操作人员以及需要多种方法并用的难题；
(3)本发明的分析仪，测量迅速、准确、直观，可在短时间内测量大量样品，极大提高效率；
(4)与近红外相比，中红外在液体的分析中表现为峰形尖锐清晰，干扰少，建模相对容易，结果稳定等优势。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述酒类化学组分含量快速分析仪包括：
样品池，所述样品池用于盛放待分析的酒类样本；
温度控制模块，所述温度控制模块用于使所述样品池中所述待分析的酒类样本保持设定温度；
光谱采集模块，所述光谱采集模块用于提供照射所述样品池中所述待分析的酒类样本的中红外照射光，并采集所述中红外照射光照射所述样品池中的酒类样本后产生的中红外透射光光谱；
数据处理模块，所述数据处理模块用于基于所述中红外透射光光谱进行分析并得出所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
2.根据权利要求1所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述光谱采集模块包括用于输出所述中红外照射光的发光单元、用于采集所述中红外透射光光谱的检测器。
3.根据权利要求2所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述发光单元包括发出复合光的光源、用于对所述复合光进行分光并产生所述中红外照射光的分光结构；所述检测器为点检测器或阵列检测器。
4.根据权利要求3所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述分光结构为滤光片、光栅、傅里叶变换器或声光可调滤光器。
5.根据权利要求1所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述样品池的材质为氟化钙或金刚石。
6.根据权利要求1所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述中红外照射光的光谱波段是连续的或离散的。
7.根据权利要求1所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述数据处理模块包括：
模型数据库，所述模型数据库中存储有多种基于已知化学组分含量的酒类样本建立的、用于表征所述酒类样本的化学组分含量与中红外照射光照射所述酒类样本后产生的中红外透射光光谱之间对应关联的模型，所述模型中的变量包括所述酒类样本的种类、所述酒类样本的化学组分含量、所述中红外照射光的波段；
分析模块，所述分析模块用于将所述待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱与所述模型数据库中的模型进行运算比对，以获得所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
8.根据权利要求7所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述分析模块先将所述待分析的酒类样本对应的中红外透射光光谱进行预处理以去除噪声、基线漂移和背景干扰，所述分析模块采用的预处理方法包括平滑、微分、散射校正、中心化、小波处理中的任何一种，或几种的任意组合。
9.根据权利要求7所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：采用多元分析方法建立所述模型，所述多元分析方法包括线性回归、主成分分析、因子分析、偏最小二乘、小波变换分析、遗传算法、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或几种的任意组合。
10.根据权利要求1所述的酒类化学组分含量快速分析仪，其特征在于：所述酒类化学组分含量快速分析仪还包括：
显示器，所述显示器用于显示所述待分析的酒类样本中各种化学组分的含量。
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