利用近紅外光譜技術(shù)快速檢測配方煙絲摻配均勻性的探討獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于煙絲摻配均勻性的方法不斷改進(jìn)，以此來保證香煙的質(zhì)量，在利用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行檢測時(shí)，能夠?qū)熃z的主要成分進(jìn)行全面的分析，同時(shí)構(gòu)建出其主要化學(xué)成分的相關(guān)含量。通過化學(xué)成分的含量和衍生指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到其對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量F得分。利用F得分可以對(duì)香煙的煙絲摻配質(zhì)量進(jìn)行劃分，可以直觀的顯示出煙絲摻配是否均勻。本文將針對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)相關(guān)概念和操作方法進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙絲摻配均勻性的快速檢驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】近紅外光譜;煙絲摻配檢測;均勻性;成分分析

隨著卷煙產(chǎn)品的不斷發(fā)展，人們對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量和精細(xì)程度有了越來越高的要求，這就需要廠商進(jìn)行更加精細(xì)、更加勻質(zhì)的加工。煙絲是卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，從煙絲的生產(chǎn)加工到煙絲的配比，最后在到煙絲的摻配都要經(jīng)過嚴(yán)格的把關(guān)和篩選，只有如此，才能夠生產(chǎn)出真正高質(zhì)量的香煙。現(xiàn)階段，各大煙草生產(chǎn)商都有著自己的煙絲摻配比例與配方，并且很多煙草生產(chǎn)上對(duì)于煙絲摻配均勻性沒有嚴(yán)格的界定標(biāo)準(zhǔn)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，廠商對(duì)于煙絲摻配均勻性的重視程度越來越高，以此來提升卷煙的整體質(zhì)量。

1、煙絲摻配均勻性的檢驗(yàn)方法

為了更好的對(duì)煙絲摻配均勻性進(jìn)行檢驗(yàn)，有很多相關(guān)的專家提出了可行的方法，物理方法和化學(xué)方法均有涉及，例如，通過檢驗(yàn)化學(xué)成分的特性值來確定均勻性、外加追蹤物質(zhì)來顯示均勻性、以煙支密度來顯示煙絲均勻性、煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性來表示煙絲的均勻性等等。這些方法都在一定程度上展現(xiàn)出了煙絲摻配的均勻性指標(biāo)，從不同的角度來分析，這些方法各有優(yōu)劣。但是利用某些化學(xué)成分、物理指標(biāo)或者煙氣指標(biāo)來表示煙絲摻配均勻性的方法就很難真實(shí)反映客觀事實(shí)，很難用于實(shí)際操作。近年來，近紅外光譜技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并且在煙絲摻配均勻性的檢驗(yàn)上有著很大的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)榫頍煹纳a(chǎn)提供很好的技術(shù)指導(dǎo)。

2、材料與檢驗(yàn)方法

采用近紅外光譜法對(duì)煙絲摻配均勻性進(jìn)行檢驗(yàn)，首先需要對(duì)選定的樣品進(jìn)行處理，在完成對(duì)樣品的處理之后，將樣品利用近紅外光譜儀進(jìn)行檢測，最后對(duì)檢測的結(jié)果進(jìn)行全面的分析，綜合各項(xiàng)指標(biāo)來判斷煙絲的摻配是否均勻。在對(duì)樣品進(jìn)行處理時(shí)，首先要進(jìn)行分組處理，將煙絲在四十?dāng)z氏度的環(huán)境下進(jìn)行烘干四小時(shí)，冷卻之后將梗絲與葉絲按照不同的比例進(jìn)行摻配，完成上述工作后將其進(jìn)行粉碎并裝入密封袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

在檢驗(yàn)過程中，需要將樣品的粉末進(jìn)行壓實(shí)，隨后將其放入到設(shè)備中進(jìn)行處理，最后利用積分球漫反射系統(tǒng)進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集，對(duì)于同一組實(shí)驗(yàn)樣本而言，需要對(duì)其進(jìn)行多次的光譜采集，以此來保證光譜的可用性，最后將平均光譜進(jìn)行記錄作為最終數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，首先需要構(gòu)建出F統(tǒng)計(jì)量，這一統(tǒng)計(jì)量可以利用主成分分析構(gòu)建來得到，以此來反映化學(xué)成分的綜合信息。在進(jìn)行分析時(shí)，需要進(jìn)行多重分析，以此來找出F得分與煙絲摻配比例的差異。最后選取具有代表性的并且信息量最為豐富的一組作為煙絲摻配均勻性的化學(xué)特性值，完成對(duì)于煙絲均勻性的檢驗(yàn)工作。

3、結(jié)果分析

3.1煙絲組分主化學(xué)成分分析

對(duì)于配方煙絲而言，其化學(xué)成分和衍生的化學(xué)成分有著一定的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)KMO值在0.638然而Bartlett的球形度檢驗(yàn)值卻小于0.001時(shí)，采用主成分分析來作為依據(jù)構(gòu)建出的顯示化學(xué)成分綜合信息的統(tǒng)計(jì)量更加合適，能夠更好的將化學(xué)成分的綜合相關(guān)信息反映出來。在進(jìn)行具體的分析時(shí)，第一主成分的表征為總植物堿、總糖、還原糖、氯等指標(biāo)，同時(shí)還包含其他的物質(zhì)比值關(guān)系，例如糖堿比、鉀氯比等比例關(guān)系。通過對(duì)這些物質(zhì)的相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，有些物質(zhì)的相關(guān)性系數(shù)為正數(shù)，而部分物質(zhì)或物質(zhì)比例關(guān)系的相關(guān)性系數(shù)為負(fù)。例如總植物堿、鉀氯比具有負(fù)數(shù)的相關(guān)性系數(shù)，與煙絲的摻配均勻性呈負(fù)相關(guān)，而對(duì)于其他的物質(zhì)和物質(zhì)比例而言則是正相關(guān)。對(duì)于第二主成分進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其主要表征物質(zhì)為鉀和總糖含量，并且有著非負(fù)的比例系數(shù)，與煙絲摻配的均勻性有著正相關(guān)性。

在完成對(duì)主成分的分析之后，就需要對(duì)主成分的方差貢獻(xiàn)率進(jìn)行劃歸，將其貢獻(xiàn)率劃歸為一之后就可以得到這兩種主成分的權(quán)重。想要得到主成分的得分系數(shù)矩陣，就需要對(duì)主成分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到，然后利用權(quán)重和得分系數(shù)矩陣來實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)成分的綜合反映，也就得到了統(tǒng)計(jì)變量F的具體表達(dá)式。

3.2煙絲摻配均勻性化學(xué)特性值

通過對(duì)化學(xué)成分指標(biāo)值與不同煙絲組分間的LSD進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，如果減少煙絲中梗絲的比例，就會(huì)導(dǎo)致最終的植物堿總含量和鉀氯比指標(biāo)逐漸增大，但是對(duì)于其他的鉀、氯、總糖等指標(biāo)值而言，隨著梗絲比例的減小指標(biāo)值也不斷減小。在計(jì)算出F得分統(tǒng)計(jì)量的絕對(duì)值曲線之后可以發(fā)現(xiàn)，是一個(gè)先下降后上升的反拋物線。在對(duì)各種化學(xué)組分的F得分進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，改變煙絲的配比，氯含量的均值有著明顯的變化，與此同時(shí)鉀含量有著最小的均值變化。最終可以確定，氯與統(tǒng)計(jì)量F得分、植物堿總量、糖堿比、總糖等指標(biāo)都可以作為檢驗(yàn)煙絲摻配均勻性的指標(biāo)，對(duì)于煙絲摻配均勻性的化學(xué)特性值而言，綜合變量F得分更能夠?qū)⑦@一特性表示出