基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及酒精度检测领域，具体涉及基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法及装置。

背景技术

白酒是市场上一种主流的蒸馏酒，其以曲类、酒母为糖化发酵剂，利用淀粉质或糖质为原料，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、陈酿、勾兑等步骤酿制而成。酒精度是白酒生产和销售过程中的一项重要指标，其代表了白酒中乙醇的体积百分比。目前市售的白酒酒精度主要在18～78度，依据酒精度大致可分为低度、中度、高度、特高度。

白酒的酒精度影响着白酒的口感，白酒的酒精度检测在生产销售、市场监管中十分重要。传统的白酒酒精度的检测方法主要有比重法、色谱法、红外光谱法等。近年来，一些新的酒精度检测方法也逐渐普及，包括利用荧光纳米的酒精度检测试纸等等。但是，这些白酒酒精度的检测方法检测步骤繁琐，检测结果等待时间长，难以实现高效、大量地区分。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法，该方法基于发明人团队对金纳米粒子选择性自组装的研究，利用金纳米粒子在不同含量的乙醇、盐中一维线性组装的量不同而产生不同的颜色的特点，能够将特定酒精度的白酒与金纳米粒子、盐混合后，快速地检测出当前白酒的酒精度范围，进而实现高效、快速、大量地确定待检测白酒的酒精度。

本发明通过下述技术方案实现：

基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法，包括以下步骤：

将待检测白酒分别加入至若干份检测体系中，所述若干份检测体系中的各份检测体系均包括金纳米粒子和钾盐，且各份检测体系中的钾盐的质量不同；

待检测白酒与检测体系接触后，基于若干份检测体系的颜色变化，判断待检测白酒的酒精度；

其中，所述金纳米粒子采用柠檬酸还原法合成。

本技术方案中，金纳米粒子为采用现有的柠檬酸还原法合成的球形金纳米颗粒。具体地，可以在沸腾的纯水中加入氯金酸，之后快速加入柠檬酸钠，通过调节加热温度使其始终保持沸腾搅拌状态并反应一段时间，例如20～30分钟，至溶液颜色变为酒红色时，表明溶液中已经生成了金纳米球颗粒，反应完成，降温后得到金纳米粒子的初产物。随后进行离心处理，将含有多余的副产物的上清液倒掉，底部的金纳米粒子置于新的离心管中，加纯水定容即得到金纳米粒子。

本技术方案中，各检测体系中均包括一定量的金纳米粒子和钾盐。所述钾盐可以是硝酸钾、氯化钾等钾盐，优选地，所述钾盐为硝酸钾。金纳米粒子的自组装的机理为：金纳米粒子在以不同乙醇含量为溶剂时，在静电作用力的驱动下，单个金纳米粒子出现一维线性组装。当处于组装态下的金纳米粒子的数量较少、链长度短时，混合物整体呈现出红色，随着单个金纳米粒子数量减少、组装态下的金纳米粒子数量增加、链长度增长，混合物整体颜色由红色向酒红色、紫色、蓝色、深蓝色转变。

影响金纳米粒子组装态数量的因素包括酒精中乙醇含量和体系中钾盐含量。因此，本技术方案中，当待检测白酒中的乙醇含量未知时，将白酒加入至一份或多份检测体系中，由于各检测体系中的金纳米粒子含量相同、钾盐含量不同，在白酒加入后，各检测体系中钾盐的质量不同将造成同一待检测白酒在不同的检测体系中呈现出特定的颜色。

例如，38度的白酒在加入至300μL金纳米粒子和80μL硝酸钾、浓度为0.5mol/L的检测体系中时，白酒与检测体系充分接触后，检测体系呈红色；当38度的白酒在加入的检测体系中硝酸钾的体积为100μL时，检测体系呈紫色；当38度的白酒在加入的检测体系中硝酸钾的体积为120μL时，检测体系呈蓝色

类似地，56度的白酒在加入至300μL金纳米粒子和80μL硝酸钾、浓度为0.5mol/L的检测体系中时，白酒与检测体系充分接触后，检测体系呈紫色；而当56度的白酒在加入的检测体系中硝酸钾的体积为100μL和120μL时，检测体系呈蓝色。

基于显色的特点，本技术方案中，可以采用一份检测体系进行判断，例如可以通过300μL金纳米粒子、80μL硝酸钾、浓度为0.5mol/L的检测体系，在加入白酒后是否呈现红色来判断其是否为低度白酒，是否呈现紫色来判断其是否为中度白酒，以及是否呈现蓝色来判断其是否为高度白酒。

本技术方案中，也可以采用多份检测体系相结合来进一步提高判断的准确性。例如，可以设置两份或者多份检测体系，各检测体系的钾盐质量不同，从而使待检测白酒加入后，以三份检测体系为例，检测体系组能够呈现出红-紫-蓝，紫-蓝-蓝，蓝-蓝-蓝的区分，从而允许检测人员能够快速、高效地对当前白酒酒精度数做出判断。

通过上述检测方法，能够根据一份或多份检测体系在加入待检测白酒后所呈现的颜色，快速地识别出白酒的酒精度范围，检测的时间通常在半分钟左右，且其灵敏度高、操作简单、制备成本低，在白酒的市场监管上具有广泛的应用价值。

进一步地，所述金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.04～0.02。本技术方案中，若金纳米粒子与钾盐的配比过高，不仅提高了检测成本，而且导致体系中的钾盐将不足使金纳米粒子进行组装，从而体系中颜色变化不够明显；相反地，若金纳米粒子与钾盐的配比过低，则体系中金纳米粒子更易组装，检测体系容易呈现蓝色或深蓝色，不利于通过颜色区分酒精度范围。因此，本技术方案中，金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.04～0.02，优选地，金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.0375～0.025。

进一步地，所述若干份检测体系中，钾盐质量最大的检测体系与钾盐质量最小的检测体系的钾盐的摩尔比为1.2～2.0。当设置有至少两份检测体系时，两份检测体系的钾盐含量不宜过于接近，否则通过肉眼难以判断出检测体系颜色的差异。

作为本发明中检测体系组的一种优选设置方式，所述若干份检测体系包括三份检测体系，所述三份检测体系中的钾盐的摩尔比为4:5:6。本技术方案中，检测体系组包括三份检测体系，三份检测体系的金纳米粒子含量相同，钾盐的摩尔比为4:5:6。

进一步地，待检测白酒与检测体系接触后120秒内，基于若干份检测体系的颜色变化判断待检测白酒的酒精度。随着接触时间的增长，检测体系中单个的金纳米粒子向组装态转变的数量将增加，检测体系的整体颜色将更趋向于深蓝色，影响对颜色的判断。因此，本技术方案中，优选地，检测在两分钟以内完成，进一步优选地，检测在一分钟内完成。

进一步地，加入至每份检测体系中的待检测白酒的体积为0.05～4.00mL。

本发明的另一个目的在于基于前述任一种基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法提供一种检测装置。

具体地，所述检测装置包括一个或多个检测单元，所述一个或多个检测单元包括金纳米粒子和钾盐，且各检测单元中的钾盐的质量不同。

本技术方案中，检测装置包括的一个或多个检测单元即形成了检测方法中的一个或多个检测体系，各检测单元均包括金纳米粒子和钾盐，不同的检测单元中的钾盐质量不同。在使用时，将待检测白酒分别加入至各检测单元中观察检测单元中检测体系的变色情况即可识别待检测白酒的酒精度范围。

在实际应用中，检测装置有多种设置方式，在部分优选的实施例中，检测装置被设置为测试板的形式。具体地，检测装置包括底板，所述底板上设置有若干容纳腔，所述容纳腔内用于放置检测单元，所述检测单元包括负载有金纳米粒子和钾盐的样品垫。

本技术方案中，检测体系在加入白酒前为固体，携带更加方便。检测装置的底板上设置有一个或多个容纳腔，容纳腔内设置有样品垫。所述样品垫优选采用玻璃纤维素膜，玻璃纤维素膜浸泡于金纳米粒子溶液和钾盐溶液后烘干即可得到负载有金纳米粒子和钾盐的样品垫。

使用时，将待检测白酒滴加至各容纳腔中与样品垫上的金纳米粒子和钾盐溶解反应，通过观察样品垫的颜色变化判断待检测白酒的酒精度范围。

在部分优选的实施例中，检测装置包括放置架，所述放置架上设置有若干检测单元，所述检测单元包括离心管，所述离心管内放置有金纳米粒子和钾盐。

本技术方案中，检测体系在加入白酒前为液体，检测体系的接触、混匀更加充分。检测装置包括放置架，放置架上设置有一个或多个检测单元，检测单元即为装有金纳米粒子溶液和钾盐溶液的离心管。

使用时，将待检测白酒滴加至各离心管内，摇匀后记录检测体系的颜色，依靠一个或多个检测体系来判断待检测白酒的酒精度范围。

在部分优选的实施例中，检测装置包括第一板和第二板，所述第一板和第二板共同构成若干用于放置检测单元的腔体，所述检测单元包括检测瓶，所述检测瓶内设置有分隔膜和穿刺件，所述分隔膜一侧用于装载金纳米粒子和钾盐、另一侧用于装载待检测白酒，所述穿刺件用于在第一板和第二板相向移动时刺穿所述分隔膜。

本技术方案中，检测装置包括能够相向移动的第一板和第二板，第一板和第二板上均设置有一一对应的凹槽，当第一板和第二板扣合时，凹槽形成的腔体用于放置各检测单元。

本技术方案中，检测单元包括检测瓶，检测瓶内设置有分隔膜以将检测瓶的内部空间分为两部分，且两部分均可通过盖体与外部连通。例如，检测瓶的一端为第一盖体，第一盖体与分隔膜之间的内部空间用于放置金纳米粒子和钾盐溶液，检测瓶的另一端为第二盖体，第二盖体与分割膜之间的内部空间用于放置待检测白酒。

第一盖体和/或第二盖体上设置有穿刺件，穿刺件能够在外力的作用下，例如，可以在第二板的凹槽内设置挤压件来推动穿刺件沿竖直方向移动，进而刺穿分隔膜，使得分隔膜两侧的空间连通，待检测白酒与金纳米粒子、钾盐溶液接触从而显色。

在使用时，可以先将待检测白酒分别放置于多个检测瓶中，各检测瓶内的钾盐质量不同。在第二板和第一板相向移动的过程中，穿刺件在第二板的作用下刺穿分隔膜，使得分隔膜两侧的物质在同一时间开始接触并逐步显色。利用穿刺件实现的分隔膜同时穿刺，检测体系同时混合能够进一步提高检测结果的准确性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够根据一份或多份检测体系在加入待检测白酒后所呈现的颜色，快速地识别出白酒的酒精度范围，检测的时间通常在半分钟左右，且其灵敏度高、操作简单、制备成本低，在白酒的市场监管上具有广泛的应用价值；

2、本发明通过将金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.04～0.02，不仅降低了检测成本，而且有利于提高呈色的差异，进一步提高酒精度范围判断的准确性；

3、本发明通过设置三份检测体系且三份检测体系中的钾盐的摩尔比为4:5:6，使得检测体系组既能够有效地区分低度、中度和高度白酒，而且无需设置过多的检测体系，提高了检测效率和检测的准确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中酒精度检测方法的流程框图；

图2为本发明具体实施例中三组不同的检测体系在加入白酒后的紫外线吸收图，其中横坐标为波长，纵坐标为吸光度；

图3为本发明具体实施例中一种酒精度检测装置的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中另一种酒精度检测装置的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中又一种酒精度检测装置的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中又一种酒精度检测装置的检测瓶的结构示意图；

图7示出了本发明具体实施例中各检测体系在加入不同酒精度的白酒后的显色情况。

附图中标记及对应的零部件名称：

11-底板，12-容纳腔，13-样品垫，14-短柱，21-放置架，22-离心管，31-第一板，32-第二板，33-挤压件，4-检测瓶，41-瓶体，42-第一盖体，43-第二盖体，44-移动件，45-滑块，46-弹簧，47-穿刺件，48-分隔膜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法即可制备。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或酒精度检测领域常规的纯度要求。

本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或者通过常规方法制备得到。

实施例1：

如图1所示的基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测方法，包括以下步骤：

将待检测白酒分别加入至若干份检测体系中，所述若干份检测体系中的各份检测体系均包括金纳米粒子和钾盐，且各份检测体系中的钾盐的质量不同；

待检测白酒与检测体系接触后，基于若干份检测体系的颜色变化，判断待检测白酒的酒精度；

其中，所述金纳米粒子采用柠檬酸还原法合成。

本技术方案中，如图2所示，520nm左右有一个尖锐的吸收峰，该峰为单个金纳米粒子的紫外吸收峰，当金纳米粒子开始出现一维线性组装时，会在650～700nm出现组装峰，组装峰的波长越小说明链越短。由此可见，对于38度的白酒，随着硝酸钾加入的含量增加，处于组装态的金纳米粒子的数量则会增加，检测体系则相应地呈现出红色(80μL硝酸钾)、紫色(100μL硝酸钾)和蓝色(120μL硝酸钾)，从而实现快速地根据检测体系的颜色差异判断待检测白酒的酒精度范围。

在部分实施例中，可以采用一份检测体系进行判断，例如可以通过300μL金纳米粒子、80μL硝酸钾、浓度为0.5mol/L的检测体系，在加入白酒后是否呈现红色来判断其是否为低度白酒，是否呈现紫色来判断其是否为中度白酒，以及是否呈现蓝色来判断其是否为高度白酒。在一个或多个实施例中，可以通过设置比色卡，来更准确地判断白酒的酒精度。

在部分实施例中，可以采用多份检测体系相结合来进一步提高判断的准确性。例如，可以设置三份检测体系，检测体系组能够呈现出红-紫-蓝，紫-蓝-蓝，蓝-蓝-蓝的区分，从而允许检测人员能够快速、高效地对当前白酒酒精度数做出判断。

在部分优选的实施例中，所述金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.04～0.02，优选地，金纳米粒子与钾盐的摩尔比为0.0375～0.025。

在部分实施例中，所述若干份检测体系中，钾盐质量最大的检测体系与钾盐质量最小的检测体系的钾盐的摩尔比为1.2～2.0。

在部分实施例中，述若干份检测体系包括三份检测体系，所述三份检测体系中的钾盐的摩尔比为4:5:6。例如，在浓度为0.5mol/L的检测体系中，三份检测体系的钾盐分别为80μL、100μL和120μL。该检测体系组既能够有效地区分低度、中度和高度白酒，而且无需设置过多的检测体系，提高了检测效率和检测的准确度。

在部分实施例中，待检测白酒与检测体系接触后120秒内，基于若干份检测体系的颜色变化判断待检测白酒的酒精度。优选地，检测在60秒内完成。

在一个或多个实施例中，加入至每份检测体系中的待检测白酒的体积为0.05～4.00mL。

本实施例中，能够根据一份或多份检测体系在加入待检测白酒后所呈现的颜色，快速地识别出白酒的酒精度范围，检测的时间通常在半分钟左右，且其灵敏度高、操作简单、制备成本低，在白酒的市场监管上具有广泛的应用价值。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图3所示的基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测装置，包括三个检测单元，所述三检测单元均包括金纳米粒子和钾盐，且各检测单元中的钾盐的质量不同；检测装置包括底板11，所述底板11上设置有若干容纳腔12，所述容纳腔12内用于放置检测单元，所述检测单元包括负载有金纳米粒子和钾盐的样品垫13。

使用时，将待检测白酒滴加至各容纳腔中与样品垫上的金纳米粒子和钾盐溶解反应，通过观察样品垫的颜色变化判断待检测白酒的酒精度范围。

在一个或多个实施例中，如图3所示，在容纳腔内还设置有若干支撑于样品垫下方的短柱，以使得样品垫下方具有足够的空间以容纳部分待检测白酒，不仅避免滴入白酒后溢出或溅射出容纳腔，允许白酒同检测体系充分接触，提高显色效果。

在部分优选的实施例中，还包括待检测白酒的滴加单元，滴加单元可以采用滴管、移液管等设备，尽量确保各检测单元中的白酒加入量相同，以提高结果的准确性。

在部分优选的实施例中，还包括计时单元，所述计时单元用于提示在指定时间内完成对比。

在部分优选的实施例中，还包括采集单元，所述采集单元用于采集检测结果的图片，用于后续的数据存储、比对。

在部分实施例中，检测单元可以是一个或两个，也可以是四个以上，在一个或多个实施例中，可以以一个或多个检测单元作为一组，设置多组检测单元。

实施例3：

在上述实施例的基础上，如图4所示的基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测装置，包括放置架21，所述放置架21上设置有三个检测单元，所述检测单元包括离心管22，所述离心管22内放置有金纳米粒子和钾盐。

使用时，将待检测白酒滴加至各离心管内，摇匀后记录检测体系的颜色，依靠一个或多个检测体系来判断待检测白酒的酒精度范围。

在部分实施例中，检测单元可以是一个或两个，也可以是四个以上，在一个或多个实施例中，可以以一个或多个检测单元作为一组，设置多组检测单元。

实施例4：

在上述实施例的基础上，如图5和图6所示的基于金纳米粒子自组装体系的酒精度检测装置，包括第一板31和第二板32，所述第一板31和第二板32共同构成三个用于放置检测单元的腔体，所述检测单元包括检测瓶4，所述检测瓶4内设置有分隔膜48和穿刺件47，所述分隔膜48一侧用于装载金纳米粒子和钾盐、另一侧用于装载待检测白酒，所述穿刺件47用于在第一板31和第二板32相向移动时刺穿所述分隔膜48。

在使用时，可以先将待检测白酒分别放置于多个检测瓶中，各检测瓶内的钾盐质量不同。在第二板和第一板相向移动的过程中，穿刺件在第二板的作用下刺穿分隔膜，使得分隔膜两侧的物质在同一时间开始接触并逐步显色。利用穿刺件实现的分隔膜同时穿刺，检测体系同时混合能够进一步提高检测结果的准确性。

在一个或多个实施例中，第一盖体或第二盖体上设置有移动件，所述移动件上连接有滑块45，滑块45位于第一盖体或第二盖体内壁上的滑槽中，因此，移动件能够沿盖体竖直上下移动。在滑块上还设置有弹簧，在未受第二板上的挤压件挤压时，移动件在弹簧的作用下保持初始位置，穿刺件未刺穿分隔膜，当第二板的挤压件挤压移动件时，移动件克服弹簧的作用力移动，从而使得穿刺件穿刺分隔膜。当挤压件不再继续向移动件施加挤压力后，移动件在弹簧的作用下复位，穿刺件从分隔膜上形成的穿刺孔中移除，有利于分隔膜两侧的液体充分接触。

在部分实施例中，检测单元可以是一个或两个，也可以是四个以上，在一个或多个实施例中，可以以一个或多个检测单元作为一组，设置多组检测单元。

实施例5：

采用实施例3中的检测装置，设置三组检测体系，其中，三组检测体系中金纳米粒子为1.5x 10

如图7所示，在加入38度的白酒后，三组检测体系分别显示出红色(80μL硝酸钾)、紫色(100μL硝酸钾)和蓝色(120μL硝酸钾)；在加入56度的白酒后，三组检测体系分别显示出紫色(80μL硝酸钾)、蓝色(100μL硝酸钾)和蓝色(120μL硝酸钾)。在加入68度的白酒后，三组检测体系均呈现出蓝色。由此可见，结合不同检测体系的显色，能够在15秒内判断出待检测白酒的酒精度范围，且其灵敏度高、操作简单，有利于市场监督部门对白酒酒精度进行快速实时检测。

本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一板、第二板，第一盖体、第二盖体等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。