Спектрограф отличил разные сорта виски без вскрытия бутылки

Nick Offerman’s ‘Yule Log’ / My Tales of Whisky, 2015

Физики смогли отличить дорогие сорта виски друг от друга с

помощью обратной рамановской спектроскопии с пространственным сдвигом, не открывая бутылки. Исключить

влияние стекла на наблюдения ученым удалось с помощью аксиконуса — линзы, предающей лучу лазера кольцеобразную форму. Исследователи продемонстрировали преимущество такого метода над стандартной рамановской спектроскопией с пространственным сдвигом и показали, что с его

помощью можно с высокой точностью идентифицировать различные марки дорогих спиртных

напитков. Как пишут авторы статьи, опубликованной в журнале Analytical Methods, спектроскопические системы с

аксиконусами могут стать простым и дешевым способом проверки подлинности алкоголя.

Комбинационное рассеяние света (оно же рамановское

рассеяние, или эффект Рамана) — это эффект изменения частоты падающего на матерю

света в процессе его неупругого рассеяния. В отличие от упругого рэлеевского

рассеяния, в этом явлении происходит обмен энергией между молекулой вещества

и падающим на нее гамма-квантом, а величина переданной энергии зависит от молекулярного

строения материи. В результате в спектре рассеянного излучения появляются новые спектральные линии, по положению которых можно судить о химическом

составе облучаемого вещества. Такой метод химического анализа, изучения состава

и строения вещества называется рамановской спектроскопией.

Обычно в рамановских спектрографах пробный луч лазера и рассеянный

изучаемым объектом свет перекрываются, то есть для подачи и сбора излучения используется

один и тот же участок оптической схемы. Такой способ ведет к высокой

эффективности захвата рассеянного света, но в нем неизбежно регистрируются спектры

материалов, которые окружают исследуемое вещество или находятся на пути к нему.

Чтобы избежать такого эффекта, физики используют метод рамановской

спектроскопии с пространственным сдвигом (Spatially offset Raman spectroscopy,

она же SORS). В ней фокальные плоскости подаваемого и собираемого излучения немного смещены

друг от друга, что уменьшает нежелательный сигнал от побочных материалов, однако

с ним падает и интенсивность излучения от изучаемого объекта.

Альтернатива SORS — так называемая обратная (inverse) SORS или iSORS — использует в качестве источника излучения луч лазера кольцеобразной формы. Такой метод

позволяет увеличить интенсивность падающего света и частично разграничить

области подачи и регистрации излучения. Именно iSORS в своем

исследовании использовал Кишан Дхолакия (Kishan Dholakia) из Сент-Эндрюсского

университета для определения спектров рамановского рассеяния виски прямо в

бутылке.

Физики использовали аксиконус — линзу,

преобразующую падающий на нее прямой луч в кольцо, в фокусе которой

формируется луч Бесселя с хорошим сокращением дифракции. В результате на стенки

бутылки падал кольцеобразный луч, который фокусировался в точку уже только внутри

емкости и возвращался в оптическую схему через неосвещенное лазером стекло. Диафрагма

перед спектрометром, в свою очередь, позволяла исключить из наблюдений рассеяние на стекле и изучать спектральные линии рамановского рассеяния луча

лазера только на алкоголе.



Схема экспериментальной установки.

Kishan Dholakia et al. / Analytical Methods, 2020

Чтобы показать эффективность iSORS по

сравнению с SORS при анализе химического состава алкоголя в бутылках,

ученые проверили и второй метод. Оказалось,

что в случае SORS спектральные линии стекла из-за своей высокой интенсивности сильно

мешают регистрации спектра, соответствующего этанолу и другим примесям в крепком

алкоголе. iSORS же,

напротив, позволяла разделить все присущие виски спектральные линии за счет

существенно меньшего вклада стекла в измерения.



Отличия спектров, полученных в процессе стандартной рамановской спектроскопии и в процессе iSORS

Kishan Dholakia et al. / Analytical Methods, 2020

Чтобы разделить разные сорта крепкого алкоголя, ученые использовали метод

главных компонент. Физики показали, что с помощью iSORS друг от

друга можно с высокой точностью отделять не только водку, джин, но и

даже виски разной выдержки от одного и того же производителя. Это возможно

благодаря тому, что в виски присутствуют тысячи различных по химическому

составу добавок, отвечающих за вкус, цвет и аромат, а их концентрация как раз

сильно зависит от времени выдержки в бочках.



Отличия параметров в методе главных компонент для разного крепкого алкоголя в «родных» бутылках

Kishan Dholakia et al. / Analytical Methods, 2020

Хоть и в исследовании были задействованы только доступные в

продаже крепкие напитки, полученная точность идентификации виски разных марок и

годов выдержки дает надежду на то, что рамановскую спектроскопию в будущем можно

будет использовать для проверки алкоголя на подлинность без вскрытия бутылки.

Более того, по мнению авторов iSORS может оказаться не только эффективнее, но и гораздо дешевле

и проще SORS, так что

вполне реально использование этой технологии в алкогольной промышленности и в повсеместном тестировании.

Ранее мы уже рассказывали о том, как химики научились опознавать

виски по следам на дне стакана. А до этого химики с помощью искусственных «языков»

отличили

настоящий виски от контрафакта.

Никита Козырев

Источник: labuda.blog

уникальные шаблоны и модули для dle