前言
蔗糖是食用糖的主要成分，大多以甘蔗或甜菜加工精製而成，是在料理烹飪、烘焙及調製飲品中最廣泛使用的糖。甘蔗製糖需要經過破碎、壓榨、沉澱、過濾等步驟製成清汁，再經過多次蒸發濃縮形成糖漿，最後經過煮糖、結晶等步驟得到原糖。在製糖過程中，對糖溶液的蔗糖濃度進行檢測不僅是對各步驟成果的檢驗，同時也對生產操作的控制過程有重要的意義。
目前製糖工藝中的檢測方法主要有折光法、電導率檢測法、射頻檢測法等。本次將以拉曼光譜法測試蔗糖濃度，看看能得到什麼樣的結果。
實驗方法
一、實驗設計
1. 實驗設備- PR1064 拉曼光譜儀 1 台
- 測量池 1 個
- 探頭支架 1 件
- 石英比色皿 1 個
設備搭建方式如下圖所示：
2. 實驗環境
24℃恆溫條件
3. 實驗樣品
濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖溶液，固體白砂糖和糖蜜。
4. 實驗步驟
三種不同樣品的檢測方式：
濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖溶液，固體白砂糖和糖蜜。
4. 實驗步驟
三種不同樣品的檢測方式：
- 白砂糖平鋪於鋁箔上，放置於探頭下方，調節探頭位置使雷射聚焦於樣品表面進行測試。
- 不同濃度的糖溶液和糖蜜放置於比色皿，並將比色皿放置測量池中，將拉曼探頭插入測量池，調節探頭位置使雷射聚焦於白砂糖溶液中進行測試。
二、實驗結果
實驗測得不同濃度白砂糖溶液、糖蜜、固體白砂糖光譜如下圖所示：
由圖可看出，有許多清晰的糖特徵峰，且1291.935nm(圖中藍色直線)處可見水的特徵峰。糖蜜可看出明顯的特徵峰，但可能受到螢光的影響，使得糖蜜的特徵峰較之白砂糖和糖溶液有一定的偏移。由於糖蜜和糖溶液均有明顯的水的特徵峰，我們用水的特徵峰做基準，將糖溶液和糖蜜光譜圖進行校準並對比，可得下圖：
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在五種不同濃度的溶液中，選取較為明顯的1168.42nm，1201.09nm，1260.21nm三個峰(如下圖)，以濃度為x，峰強為y，對各處的峰進行線性擬合，發現濃度與峰強存在線性相關。
在五種不同濃度的溶液中，選取較為明顯的1168.42nm，1201.09nm，1260.21nm三個峰(如下圖)，以濃度為x，峰強為y，對各處的峰進行線性擬合，發現濃度與峰強存在線性相關。
由圖顯示，各個特徵峰的強度將隨糖溶液的濃度升高而升高，並且具有明顯的線性趨勢。
本實驗利用PR1064拉曼光譜儀對不同濃度的糖溶液、固體白砂糖和糖蜜進行了檢測，結果說明拉曼光譜可以實現對糖的檢測。由於特徵峰的強度會隨著糖溶液的濃度增加而升高，這種變化也具有很好的線性度，因此拉曼光譜可以實現對糖溶液的濃度監測。
檢測設備：PR1064可擕式拉曼光譜儀
設備參數
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型號 |
PR1064 |
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尺寸 |
290´187´68mm |
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重量 |
4.6kg |
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光譜範圍 |
200-3000cm-1 |
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波長解析度 |
~15cm-1@25μm slit |
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激發波長 |
1064±0.5nm，線寬≤0.2nm |
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溫度穩定性 |
<2nm @ -10~35℃ |
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雷射功率 |
0-500mW 可調 |
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雷射功率穩定性 |
≤3% P-P(@2hrs) |
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雷射器壽命 |
10000hrs |
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訊噪比 |
15000：1 |
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動態範圍 |
12000：1 |
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暗雜訊 |
~60 RMS |
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積分時間 |
1ms - 60s |
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電源電壓 |
100-240V AC@50/60Hz |
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探頭工作距離 |
7.5mm |
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工作溫度 |
0-50℃ |
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工作濕度 |
10-80% |