基于空间偏移拉曼光谱的瓶装复杂混合溶液的无损检测技术研究

The non-invasive detection of liquid explosives through containers or packaging represents a considerable analytical challenge of societal imporatance given the hieghtened terrorist threat in recent years，it is also the need of food security on the market. We present a Raman spectroscopic method for the noninvasive detection of liquid mixture (wine) within container. The approach used near infrared Fourier Transform Raman Signal processing based on a modification of the Spatially Offset Raman Spectroscopy (SORS) concept, which permits the interrogation of the transparent, colored containers. We present a Monte Carlo model, which we use to calculate the depth dependent sensitivity or sampling volume of different single fiber and multi-fiber Raman probes. A two-layer model is employed to investigate the dependency of the sampling volume on the absorption and reduced scattering coefficients in the near infrared (NIR) wavelength range. Followed by filtering, smoothing, subtracting baseline, other data processing and multivariate calibration method based on partial least squares regression (PLSR), the concentration of alcohol and sugar in wine can be measured. So the SORS system can be developed based on the Monte Carlo model and PLSR model. The aim of this research is to extend the application of SORS for investigation of liquid samples in container at food and drug safety.

近年来，随着恐怖活动的加剧，无损检测密闭容器或者密闭包装内液体是否含有爆炸液体对于安检部门是一个很大的挑战，这个问题也是市场销售环节食品质量检测的难点。本课题提出一种适用于瓶装复杂混合溶液（如红酒）无损测量的拉曼光谱检测方法。在修正的空间偏移拉曼光谱理论的基础上与复杂混合溶液的拉曼光谱信号处理方法相结合，实现透明、有色的玻璃密封瓶内红酒成分的测量。本课题首先根据双层物质拉曼散射方程及蒙特卡罗原理建立修正的空间偏移拉曼光谱模型，获得拉曼散射强度与空间位移的关系，为空间偏移拉曼光谱系统的搭建奠定理论基础。根据葡萄酒拉曼光谱的特点，通过滤波、平滑和扣除基线等数据处理，并在主流定量回归分析的基础上，进行光谱分离以及重建，实现红酒中酒精、总糖的浓度测量。在此基础上，开发空间偏移拉曼光谱检测系统，推动空间偏移拉曼光谱技术在食品药品安全领域中的应用。

随着恐怖活动的加剧，无损检测密闭容器或者密闭包装内液体是否含有爆炸物品对于安检部门是一个很大的挑战，这个问题也是市场销售环节食品、药品质量检测的难点。近几年来，在经济利益的驱使下，假酒、假药等伪劣食品、药品事件频发，因此对已下线、出现在流通领域的食品、药品等产品进行质量监测也显得尤为重要。在食品、药品领域中，瓶装复杂混合溶液是其中最常见的物质形态之一，例如瓶装碳酸饮料、红酒等液体饮品；酱油、醋等液体调味料；中药注射液等液体药剂。为了保证这些直接与人们生活息息相关的产品质量，我们需要能够对已经下线的产品进行精确的定性、定量检测，做到及早发现问题，把安全风险降到最低。本项目以瓶装葡萄酒为研究对象，研究密封包装复杂混合溶液无损检测中存在的共性问题。拟从空间偏移拉曼光谱技术着手，从应用中归纳提炼出来的基础问题，这些问题中有些也是其它分析仪器所共有的问题，如光谱提取、温度校正、波数校正、基线漂移校正和定量分析问题等。从新的角度、基于新的条件和新的应用来研究这些基础问题，具有极其重要而深远的理论意义和广泛的应用价值。本课题拟重点开展SORS 信号提取及处理的研究，一方面能够提高我们对于光谱仪的使用效率和效果，同时也对推动国产光谱仪的研发具有重要的现实意义，并对我国的酒精饮品行业及其他类似产品的安全生产有重要的推动作用。