불량 음료를 식별할 신뢰가는 방법
Moonshine이 당신을 장님이 되게 한다는 말을 들어 본 적이 있습니까? 오늘날, 당신이 좋아하는 최고급 주류조차도 위험이 될 수 있습니다.
미국에서 금주의 금지 기간 동안 moonshine은 위험한 가정용 증류주가 아니 었습니다. 이익을 증가시키기 위해, 값이 싼 유독한 산업 알콜이 정신에 추가되어 종종 실명과 사망으로 이어졌습니다. 세계에서 소비되는 알코올 중독의 30 %가 불법이며 제조업체의 브랜드 평판과 소비자의 건강을 위협하는 것으로 추정되는 유사한 관행이 오늘 존재합니다.
우리가 산업계에서 볼 때마다 위조품, 불량품 또는 녹아웃 제품과 관련된 문제가 있습니다. 알코올 산업도 마찬가지입니다. 오염 물질에는 도료를 제거하기위한 저렴한 용매와 알콜 성 음료 (에탄올)와 같은 중독성 성분으로 에틸 알코올을 문질러주는 알콜류가 포함되지만 인위적 소비를 위해 오염 물질 (변성 물질)이 의도적으로 존재합니다.
이러한 변성 알코올의 통상적 인 의도적 첨가제는 메탄올, 메틸 - 에틸 - 케톤 및 이소 - 프로필 알콜이다. 농도에 따라 변압기는 품질 공정 및 비용이 많이 드는 세금에서 면제되므로 위조자에게는 매력적입니다.
Experiment Overview
증류주 및 증류기를 모두 돕기 위해 신뢰할 수있는 스펙트럼 감지 기술이 개발되어 모조품을 식별합니다. Ocean Optics의 이전 연구에 따르면 특정 위스키 및 주류 브랜드가 특정 UV- 가시 범위 스펙트럼을 생성한다는 사실이 입증되었지만 (주류 샘플링 및 기존 시스템에 대한 자세한 내용은 비디오 참조) UV- 가시 범위를 사용하여 다양한 알코올 필요한 정밀도로 여기서 우리는 중 적외선 스펙트럼 센서를 사용하여 술에서 소량의 변성 알코올을 검출 할 수있는 가능성을 조사합니다. Ocean Optics의 새로운 MZ5는 샘플 준비가 필요없는 실시간 결과를 제공하는 모바일 현장 장치입니다. Ocean MZ5는 1818-909 cm-1 (5.5-11 μm)의 측정 기능을 갖춘 소형 ATR 분광계입니다. 샘플 인터페이스, 광원 및 검출기를 포함하여 완전히 자체적 인이 장비는 전통적인 FTIR 분광기의 소형, 빠르고 확장 가능한 대안을 제공합니다.
Experiment Setup
이 개념 증명을 위해 "액체"시료에 메탄올 (MeOH)과 이소 프로필 알코올 (IPA)을 첨가했습니다. 이러한 "주류"샘플은 합성 에탄올 - 물 혼합물이며 보드카와 유사합니다 (40 % 부피 에탄올, 60 % 부피의 물). 값 0,1,2,3,4 (부피 %)의 각 변성제에 대해 오염 된 "주류"농도가주의 깊게 만들어졌습니다. 단 몇 분만에 각 샘플에서 수백 개의 스펙트럼을 취하여 평균을 구한 다음 함께 아래에있는 부드러운 스펙트럼을 산출했습니다. 모든 농도 구배를 나타내는 IPA와 MeOH의 스펙트럼 영역이 있음을 알 수 있습니다.
Figure 1: All Calibration Spectra
Figure 2: All Calibration Spectra
스펙트럼의 실제 잠재력을 더 밝히고 시각 해상도를 높이기 위해 오염 농도를 평균화하여 각 농도에 대한 스펙트럼을 빼서 분산 영역을 증폭 시켰습니다. 이 플롯은 MZ5가 샘플을 구별 할 수있는 능력을 강조합니다. 첫 번째 그래프 세트에서 눈으로 구별하기 어려운 것은 이제는 별개로 보입니다.
Figure 3: All Centered Spectra colored by concentration
Figure 4: All (potentially) Scaled and/or Centered Spectra (as indicated) colored by concentration
여기서 Pearson Product Correlation (수학적 과정) 연구가 관심있는 스펙트럼 영역을 확인하고 추세를 외삽하기위한 타당성에 접근하기 위해 수행되었습니다. 청색 상관 관계 선이 1에 가깝거나 1에 가깝게있는 영역은 농도와 상응하기 때문에 화학 계측 개발에 대한 훌륭한 후보자입니다. 0 이하 영역은 신호가 알려진 농도와 음의 상관 관계가있는 영역입니다. 시각적 인 참조를 위해 빨간색 스펙트럼 선이 표시됩니다.
Figure 5: Correlation between concentration and spectra
Figure 6: Correlation between concentration and spectra
다음은 위에서 식별 한 영역을 기반으로 한 Partial Least Squares "PLS"화학 측정법을 사용하여 작성된 모델의 농도 예측 추세 검증입니다. 다양한 복잡성 수준 (구성 요소 수)에서 여러 변형이 시도되었습니다. 가장 낮은 오차 분포를 가진 것들이 선택되었다. 플롯은이 연구의 타당성을 긍정적으로 보여줍니다. 경향은 산업 등급 에탄올로 오염 된 액체를 식별하기에 충분할 정도로 0.13 % (부피) 이하의 오차를 갖는 것으로 나타났습니다.
Figure 7: Predictions of the concentration with the calibration spectra
Figure 8: Predictions of the concentration with the calibration spectra
Discussion
일반적으로 순수 에탄올 중 약 5 %의 변성제 농도는 비과세 변성 에탄올로 적합해야하며 산업용으로 만 사용해야합니다. 섞여 진 주류는 종종 2 % 변성제의 안전성에 대한 최대 허용 농도를 포함합니다. 이것은 정부 권장 금액의 0.5 배인 4 배입니다. 이 초기 연구는 "술"로 합성 보드카로 제한되어 있었지만, 0.13 % (볼륨)의 정확도 결과는 매우 고무적이고 식별에 필요한 한계의 5 배 이하입니다. ATR 액세서리가있는 FTIR 분광계를 사용하는 전통적인 방법과 비교할 때, MZ5는 비행기에서 개인 용품으로 사용할 수있을만큼 작고 휴대가 간편한 휴대용 케이스에 들어 맞는보다 컴팩트 한 제품입니다. 조정할 수없는 움직이는 부분이나 거울이 없어 더욱 견고합니다. 더 저렴합니다. 또한 예를 들어 MZ5는 판매 시점의 소매점이나 유통 업체가 제조 업체의 명성, 소비자 안전 및 정부로 인한 세금을 보존하면서 술을 인증하기 위해 사용자 정의 할 수 있습니다.