Alkollü içeceklerde bulunan etanol ve metanolün raman spektroskopisi ile nicel tayini

Abstract

Alkollü içkilerde temel bileşen olan ve içkinin kalitesini belirleyen etanol ile sahte içki üretiminde etanol yerine alkollü içkilere katılan, belirli oranların üzerinde vücuda alındığında ölüme neden olabilen metanolün konsantrasyonunun belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Literatürde etanol ve metanolün konsantrasyonunu belirlemek için geliştirilen birçok yöntem olmasına rağmen aynı örnekte etanol ve metanol konsantrasyonunu belirleyebilen çok az yöntem vardır. Ancak bu yöntemler, uygulanması zor ve uzun süren prosedürlere sahip olduklarından fazla tercih edilmemektedirler. Bu çalışmada yeni, hızlı ve kolay bir analiz sistemi geliştirmek amacıyla Raman spektroskopisine dayalı, farklı veri işleme teknikleriyle etanol ve metanol konsantrasyonları belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmada asetonitrilin iç standart olarak kullanıldığı alkol karışımlarının Raman spektrumları alınmış, spektrumlar 3 farklı modelle işlenerek alkol konsantrasyonları belirlenmeye çalışılmıştır. Karşılaştırma çalışması olarak HPLC ile de etanol ve metanol konsantrasyonları belirlenmeye çalışılmıştır. Spesifik bant intensitelerinin temel alındığı veri analizi ile etanol 0.017 ile 6.9 M, metanol ise 0.025 ile 9.9 M arasında sırasıyla 0.997 ve 0.998 R2 değerleri ile tayin edilebilmiştir. Yöntemin gözlenebilme sınırı etanol ve metanol için sırasıyla 1.2 mM ve 3.4 mM olarak, tayin alt sınırı ise 3.7 mM ve 10.3 mM olarak hesaplanmıştır. Gün içi ve günler arası tekrarlanabilirlik deneyleri ile geri kazanım değerleri hesaplanmıştır. Yöntem ile 30 saniye içerisinde etanol ve metanol konsantrasyon değerleri belirlenebilmektedir. Geliştirilen yapay sinir ağı mimarisi ile etanol ve metanol, aynı konsantrasyonlarda sırasıyla 0.9996 ve 0.9997 belirleme katsayılarıyla, kısmi en küçük kareler yöntemiyle ise 0.9997 ve 0.9995 R2 değerleri ile tayin edilebilmiştir. HPLC ile yapılan çalışmada ise etanol ve metanolün 0.9999 ve 0.9997 R2 değerleri ile belirlenebildiği gösterilmiştir. 13 farklı distile alkollü içkinin etanol içeriği gaz kromatografisiyle belirlenmiş, aynı örneklerin geliştirilen veri analizleri ile belirlendiği etanol konsantrasyonlarıyla karşılaştırılmıştır. HPLC' nin gerçek örneklerde etanol konsantrasyonunu belirlerken sorun yaşadığı görülürken diğer 3 veri analizinin yüksek bir başarıyla sonuç verdiği gösterilmiştir. Geliştirilen 3 modelin de etanol ve metanol konsantrasyonlarını yüksek açıklama miktarlarıyla belirlediği gösterilmiştir.

It is crucial to determine the ethanol which is the basic component of alcoholic beverages and defines the quality of the beverage and methanol concentration which is added to the alcoholic beverages while making imitated beverages instead of ethanol and may cause death when it is consumed over certain amounts. Although there are many methods developed to determine the ethanol and methanol concentration in literature, there is only a few methods which are able to determine the ethanol and methanol concentration within the same sample. However, these methods are not generally preferred as they have procedures which are difficult to perform and time consuming. In this study, ethanol and methanol concentrations were determined with the aim of developing a new, fast and easy system of analysis using different data processing techniques based on Raman spectroscopy. Raman spectra of alcoholic beverages in which acetonitrile was used as internal standard was taken and by processing spectrums in 3 different models, alcoholic concentrations were tried to be determined. As a comparison, ethanol and methanol concentrations were determined with HPLC. Based on the data analysis using spesific band intensities, ethanol which is between 0 and 6.9 M and methanol which is between 0 and 9.9 M were determined with these values respectively: 0.997 and 0.998 R2. Limit of detection of the method for ethanol and methanol were respectively calculated as 1.2 mM and 3.4 mM and limit of quantification as 3.7 mM and 10.3 mM. Inaday and intraday experiments and recovery values were calculated. With this method, ethanol and methanol concentration values could be determined in 30 seconds. Ethanol and methanol in the same concentration interval were determined with 0.9996 and 0.9997 coefficients of determination respectively by artifial neural network architecture and are detected with 0.9997 and 0.9995 R2 values respectively by partial least squares method. It was shown that ethanol and methanol can be determined with 0.9999 and 0.9997 R2 values in HPLC study. Ethanol contents of thirteen different distilled alcoholic beverages were determined by gas chromatography and these contents were compared with ethanol contents that were determined with the developed data analysis. Since HPLC had difficulties with determining ethanol concentration in real samples, other three data analysis gave high succesive results in real samples. It was shown that three developed models determined ethanol and methanol concentrations with high regressions.