多组分渐变体系的荧光光谱研究

This project focuses on the mechanism and fundamental application of fluorescence spectra in multicomponent and multicomponent gradient systems. The three-dimensional fluorescence spectra of the age chinese liquor which is the major research object of this project will be measured. The four main kinds of compounds in the age chinese liquor, namely alcohol, ester, acid and aldehyde, will be also obtained. The fluorescence spectra data and their characteristic parameters will be acquired. The fluorescence spectra data will be processed using the principles of statistics and modeling of the data, which is coupled with curve fitting, matrix calculation, loop calculation and progressive approximation, to exploit the regularities and relationships between the fluorescence spectra of the monomers and those of their mixtures.The mechanism of production, the regularity and the analytical methods of the fluorescence of the multicomponent gradient mixture will be studied, which will enrich and expand the theory of fluorescence. Then the fluorescence spectroscopy will be applied to analyze the age chinese liquor, after which the mathematical model for spectra patten recognition and identification system based on the fluorescence spectra and artificial intelligence algorithms will be established. On these grounds, the identification of the age chinese liquor and the determination of its age will be fast, sensitive and accuracy, which will contributes to the exploitation of the fundamental theory and the key technology in the scientific detection of the age chinese liquor and corresponding efficient detection in the field of food safety.

本项目研究多组分、且组分渐变的混合物体系荧光光谱的机理及应用基础。以白酒年份酒这一典型多组分渐变体系为研究对象，实验测定其三维荧光光谱，并测定白酒中的醇、酯、酸、醛四大类主要单体物质的荧光光谱，获得荧光光谱数据和特征参数。应用统计学原理、通过建模计算处理光谱数据，结合曲线拟合、矩阵计算、循环运算、逐级迫近的方法，探索组分单体荧光光谱形成混合物整体荧光光谱的规律及其变化关系，得出多组分渐变混合物体系荧光光谱的产生机理、规律性和分析方法，充实和拓展荧光光谱理论。将荧光光谱应用于中国白酒年份酒的检测，确立光谱模式识别的数学模型和计算方法，创建基于荧光光谱结合人工智能算法的检测方法和鉴别系统，据此，可快捷、灵敏、准确地鉴别白酒年份酒的真伪，测定白酒年份酒的年份，为实现中国白酒年份酒的科学检测、以及食品安全领域相关对象的高效检测，探索基础理论和关键技术。

对多组分、且组分渐变的混合物体系荧光光谱的机理及应用进行了研究。以白酒年份酒这一典型多组分渐变体系为主要研究对象，实验测定了26个品牌白酒年份酒300余种样本的三维荧光光谱，对其荧光峰值波长、相对强度、发射波长范围、最佳激发波长、线宽、荧光寿命等光谱特征进行表征和对比，得到白酒年份酒的荧光光谱特征和规律。研究其荧光光谱特性随年份（时间）的变化规律，发现两者之间存在明确的相关性，总体呈现非线性关系。实验测得白酒中的醇、酯、酸、醛类等主要单体物质的荧光光谱和特征参数，理论分析结合量子计算，得出目标物分子的能级性质、荧光发射机理、分子结构与光谱特性的关系、荧光偏振特性等结果，得到了其荧光光谱产生机理和规律。结合果汁饮料、药物等多组分液态混合物及色素等食品添加剂的荧光光谱特性研究，运用矩阵分解、多峰拟合、统计分析等数学方法，分析单体物质的荧光光谱在形成混合物整体荧光光谱中的作用机制，得到多组分渐变混合物体系荧光光谱的产生机理和光谱规律，建立了分析方法。研究成果充实和拓展了荧光光谱理论和技术。.在研究得到白酒年份酒的荧光光谱、特性参数、光谱机理和变化规律的基础上，研究了应用基于荧光光谱的中国白酒年份酒的检测方法。对光谱数据运用小波变换、滤波等方法进行降噪、去噪处理；采用多阶求导、多元散射校正等方法提高光谱数据的特异性；运用非负矩阵分解、主成分分析等方法对光谱数据降维和提取特征量。得到特异性好和对应性高的光谱特征数据。建立数学模型，结合神经网络、支持向量机等非线性算法和欧氏距离计算、阈值判定等模式识别算法，创建了基于荧光光谱的白酒年份酒检测方法和系统，实现了中国白酒年份酒的准确检测，白酒年份酒鉴别准确率大于90%，年份测定误差小于1年。研究工作表明，建立的基于荧光光谱的混合物体系检测方法和系统，可应用于液态食品及其添加剂的检测。研究成果为食品安全领域的检测工作提供理论基础和技术支撑。