基于ATR-FTIR光谱和拉曼光谱技术的白酒质量快速鉴定

摘要

为了实现白酒香型、真伪的快速鉴别和甜蜜素含量的快速测定，本文应用ATR-FTIR光谱和拉曼光谱技术分别对不同香型白酒、合格白酒与伪劣白酒和甜蜜素含量不同的白酒样品进行光谱获取。采用6种不同的数据预处理方法结合主成分分析、Fisher判别、PLS-DA、SiPLS等化学计量方法进行定性及定量的建模分析。 实验将五类香型共154个白酒样品的ATR-FTIR光谱经过一阶求导法、二阶求导法、SNV预处理后进行Fisher判别，分类的正确率为100%，交叉验证分类正确率可达98.70%。而对经过MSC和SNV的预处理后的拉曼光谱数据进行香型分类判别，样品分类准确率达到100%，交叉验证分类准确率91.6%，完成了白酒不同香型的快速分类。 实验采用MSC、SNV、一阶导数法、二阶导数法、小波变换和S-G平滑等预处理方法对160个真假白酒样品ATR-FTIR光谱数据进行数据降噪，并且采用十折交互检验确定主成分因子数目。通过比较不同参数所建立的PLS-DA判别模型，确定采用一阶导数法对数据进行预处理且选择4个PLS因子时为最优建模参数，模型判别真伪白酒的准确率为100%，建模集相关系数R=1，特异性=1，灵敏度=1，预测集均方根误差RMSEP为0.7606，ROC曲线线下面积AUC=1。拉曼光谱数据经过二阶导数预处理和建模参数优化后，模型判别准确率达到100%，建模集相关系数R=1，特异性=1，灵敏度=1，ROC曲线线下面积AUC=1，预测集均方根误差为0.8358，达到了真伪白酒快速分类鉴定的目的。 实验结合SiPLS法直接对120个甜蜜素含量不同的白酒样品的ATR-FTIR光谱进行特征波段筛选，最后选择2745cm-1~2940cm-1、2550cm-1~2745cm-1、1575cm-1~1770cm-1、990cm-1~1185cm-1作为特征区间，建模集相关系数RC为0.9995，决定系数RC2为0.9990，RMSECV值为0.2614g/L；预测集相关系数RP为0.9994，决定系数RC2为0.9988，RMSECP值为0.3106g/L。筛选经过一阶导数法预处理的拉曼光谱数据特征波段，确定特征区间为303cm-1~570cm-1、570cm-1~823cm-1、823cm-1~1063cm-1、2897cm-1~3036cm-1，建模集相关系数RC为0.9948，决定系数RC2为0.9896，RMSECV值为0.8981g/L。相关系数RP为0.9935，决定系数RC2为0.9870，RMSECP值为0.9884g/L，实现了白酒中甜蜜素含量的快速测定。 基于这两种光谱检测技术快速无损，准确高效的特点，可将此方法推广至企业生产质量控制，监管部门检测认证等应用领域，为白酒质量监控提供一种高效、可行的手段，在白酒质量在线检测监管方面有着重要的现实意义。

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