Mit der Raman-Spektroskopie mit räumlicher Verschiebung konnten Physiker teure Whiskys voneinander unterscheiden, ohne die Flasche zu öffnen. Mit dem Axiconus, einer Linse, die dem Laserstrahl eine ringförmige Form verleiht, gelang es den Wissenschaftlern, den Einfluss von Glas auf Beobachtungen auszuschließen. Forscher haben den Vorteil dieser Methode gegenüber der standardmäßigen Raman-Spektroskopie mit räumlicher Verschiebung nachgewiesen und gezeigt, dass sie verwendet werden kann, um verschiedene Marken teurer alkoholischer Getränke genau zu identifizieren. Laut den Autoren des Artikels, der in der Zeitschrift Analytical Methods veröffentlicht wurde, können spektroskopische Systeme mit Axicons eine einfache und kostengünstige Möglichkeit sein, die Echtheit von Alkohol zu überprüfen.
Die Raman-Streuung von Licht (auch als Raman-Streuung oder Raman-Effekt bekannt) ist der Effekt der Änderung der Frequenz des auf Materie einfallenden Lichts während ihrer inelastischen Streuung. Im Gegensatz zur elastischen Rayleigh-Streuung findet bei diesem Phänomen ein Energieaustausch zwischen einem Materiemolekül und einem darauf fallenden Lichtquant statt, und die übertragene Energiemenge hängt von der molekularen Struktur der Materie ab. Dadurch erscheinen im Spektrum der Streustrahlung neue Spektrallinien, aus deren Lage man die chemische Zusammensetzung der bestrahlten Substanz beurteilen kann. Diese Methode der chemischen Analyse, bei der die Zusammensetzung und Struktur einer Substanz untersucht wird, wird Raman-Spektroskopie genannt.
Typischerweise überlappen sich in Raman-Spektrographen der Sondenlaserstrahl und das von dem untersuchten Objekt gestreute Licht, d. h., der gleiche Abschnitt des optischen Schemas wird verwendet, um Strahlung zuzuführen und zu sammeln. Dieses Verfahren führt zu einer hohen Effizienz der Streulichterfassung, zeichnet aber zwangsläufig die Spektren von Materialien auf, die die Prüfsubstanz umgeben oder auf dem Weg dorthin sind. Um diesen Effekt zu vermeiden, verwenden Physiker die räumlich versetzte Raman-Spektroskopie (auch bekannt als SORS). In ihm sind die Brennebenen der zugeführten und der gesammelten Strahlung leicht gegeneinander verschoben, was das unerwünschte Signal der Seitenmaterialien reduziert, aber damit auch die Intensität der Strahlung des Untersuchungsobjekts abnimmt.
Eine Alternative zu SORS, das sogenannte inverse SORS oder iSORS, verwendet einen ringförmigen Laserstrahl als Strahlungsquelle. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Intensität des einfallenden Lichts zu erhöhen und die Abgabe- und Registrierungsbereiche der Strahlung teilweise abzugrenzen. Es waren iSORS, die Kishan Dholakia von der University of St Andrews in seiner Studie verwendete, um die Raman-Spektren von Whisky direkt in der Flasche zu bestimmen.
Physiker verwendeten den Axiconus - eine Linse, die einen darauf einfallenden Direktstrahl in einen Ring umwandelt, in dessen Brennpunkt ein Besselstrahl mit guter Beugungsreduktion gebildet wird. Als Ergebnis fiel ein ringförmiger Strahl auf die Wände der Flasche, der nur im Inneren des Behälters auf einen Punkt fokussiert wurde und durch das vom Laser unbeleuchtete Glas in das optische Schema zurückkehrte. Die Blende vor dem Spektrometer wiederum ermöglichte es, Streuungen an Glas aus der Beobachtung auszuschließen und die Spektrallinien der Raman-Streuung eines Laserstrahls nur an Alkohol zu studieren.
Schema des Versuchsaufbaus.
Um die Wirksamkeit von iSORS im Vergleich zu SORS bei der Analyse der chemischen Zusammensetzung von Alkohol in Flaschen zu zeigen, testeten die Wissenschaftler auch die zweite Methode. Es stellte sich heraus, dass im Fall von SORS die Spektrallinien des Glases aufgrund ihrer hohen Intensität die Erfassung des Spektrums, das Ethanol und anderen Verunreinigungen in starkem Alkohol entspricht, stark stören. iSORS hingegen ermöglichte es aufgrund des deutlich geringeren Anteils von Glas an den Messungen, alle Whisky-eigenen Spektrallinien zu trennen.
Unterschiede zwischen Spektren, die im Verfahren der Standard-Raman-Spektroskopie und im iSORS-Verfahren erhalten wurden
Zur Unterscheidung der verschiedenen Spirituosen verwendeten die Wissenschaftler die Hauptkomponentenmethode. Physiker haben gezeigt, dass es mit Hilfe von iSORS möglich ist, nicht nur Wodka, Gin, sondern sogar Whisky unterschiedlicher Alterung vom gleichen Hersteller mit hoher Präzision zu trennen. Dies ist möglich, weil Whisky Tausende von Zusatzstoffen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung enthält, die für Geschmack, Farbe und Aroma verantwortlich sind und deren Konzentration von der Reifezeit in Fässern abhängt.
Unterschiede in den Parametern in der Methode der Hauptkomponenten für unterschiedlich starken Alkohol in "nativen" Flaschen
Obwohl in der Studie nur kommerziell erhältliche Spirituosen verwendet wurden, lässt die erzielte Genauigkeit bei der Identifizierung von Whisky verschiedener Marken und Jahre der Alterung hoffen, dass die Raman-Spektroskopie in Zukunft verwendet werden kann, um Alkohol auf Authentizität zu überprüfen, ohne die Flasche zu öffnen. Darüber hinaus ist iSORS den Autoren zufolge möglicherweise nicht nur effektiver, sondern auch viel billiger und einfacher als SORS, sodass es durchaus realistisch ist, diese Technologie in der Alkoholindustrie und in weit verbreiteten Tests einzusetzen.
Wir haben bereits darüber gesprochen, wie Chemiker gelernt haben, Whisky an Spuren auf dem Boden des Glases zu erkennen. Und zuvor unterschieden Chemiker mit Hilfe künstlicher "Zungen" echten Whisky von gefälschten.
