[发明专利]基于捕集了烟气粒相物的剑桥滤片的傅立叶变换近红外光谱的烟气化学组分预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟草行业中可用于烟气化学组分释放量的预测方法，通过检测捕集了烟气粒相物的剑桥滤片的傅立叶变换近红外光谱和校正模型计算得到烟气化学组分释放量。

背景技术

烟气化学组分释放量是卷烟制品的重要指标，卷烟配方部门在进行叶组配方试验时，一些重要烟气化学组分能否达到标准直接关系到配方试验的成败。对一些重要烟气化学指标的检测，如烟碱、焦油等，目前国家行业烟气分析的标准方法是，用吸烟机对烟支抽吸完成之后，先采用差重法计算总粒相物的释放量，然后对捕集到的总粒相物进行萃取，应用气相色谱法测定萃取液中的烟碱和水分含量，减去烟碱和水分含量，即得焦油含量。该过程涉及较多步骤和仪器，分析结果严重依赖于分析人员的技巧和各仪器的稳定性；分析速度慢，特别是进行大批量测定时，分析成本较高。传统方法通常需要对捕集了烟气粒相物的剑桥滤片进行萃取，然后利用各种色谱学方法对烟气化学组分进行定量，这种做法一般会产生大量废液，污染环境；如果需检测的组分较多，往往需要不同的色谱学方法，同时也经常会涉及一些必要的前处理步骤，如浓缩、快速衍生等，这大大增加了烟气多指标同时测定的经济成本和时间成本；另外，萃取过程需要近30分钟左右的振摇，分析人员更倾向于将样品集中成一批，利用吸烟机抽吸然后进行检测，因此分析结果的获得往往需要经历一个漫长的周期，并非“立等可取”。由于无法对大量样品进行快速检测，数据不能及时反馈，配方模拟试验的时间成本很高；另外，由于库存原料本身数量和质量的变化，需要不断地进行配方上的维护和调整，现有的分析方法很大程度上限制了配方维护工作的速度，对配方人员开发符合要求的新型卷烟产品也难以提供高效的支持。

近年来，由于近红外光谱分析技术、化学计量学以及计算科学的发展，使得结合化学计量学的近红外光谱分析技术在各领域都得到了广泛的应用。烟草领域，如在烟叶化学组分预测方面，王东丹等人采用傅立叶变换近红外漫反射光谱仪，对300个烟草样品建立了近红外光谱与总糖、还原糖、尼古丁、总氮4种主要成分含量间的关系模型，相对误差不超过5％；王家俊等人利用1210个烤烟各个生长期的根、茎、叶样品的近红外光谱数据建立了预测根茎和烟叶氮、磷、氯和钾等主要营养元素含量的校正模型；杜文等研究了用于提高近红外分析模型的转移性能的小波变换光谱前处理方法，结果表明小波变换在消除干扰信息的同时不引入新的干扰因素，并且能够同时进行扣除基线和滤噪的计算，应用于近红外光谱前处理时具有突出的优点。在烟气化学组分预测方面，何智慧等利用烟叶粉末的近红外光谱和烟气烟碱的化学分析数据建立了烟气烟碱的预测方法，能够较准确预测卷烟的烟气烟碱，并具有良好的重现性。然而利用烟叶粉末预测烟气化学组分含量的预测范围有限，因为烟碱由烟叶向烟气转移的规律性较强，因而可以实现较好的预测效果，但对于一些含量稍低的组分的预测则未必能够获得令人满意的结果。王家俊等采用化学计量学的多元校正技术结合傅里叶变换近红外光谱同时测定烟气中的焦油、烟碱和一氧化碳含量，该方法应用多元校正技术中的偏最小二乘法，建立总粒相物萃取液的近红外光谱与焦油、烟碱和一氧化碳释放量的校正模型。然而该方法采用总粒相物萃取液的近红外光谱进行建模，仍然需要对总粒相物进行萃取，并未解决样本制备上的繁琐问题，萃取剂的使用也增加了检测和环境成本；同时，由于低含量组分被溶液稀释，该方法很难扩展到其他组分的预测；此外，该方法的预测范围有限，如烟碱的预测范围仅为1.15mg～1.45mg，对于大量的、烟气组分含量波动范围较大的单等级烟叶很难实现有效的预测。另外，因为滤片萃取液中并未溶解一氧化碳，该方法对一氧化碳的预测实际上是一种间接预测方法，是利用了烟气化学组分之间的协调相关性完成预测的，而一氧化碳释放量在吸烟机抽吸结束以后可由仪器直接读取，似乎并无必要利用模型再进行计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气化学组分含量快速检测方法，该方法通过直接检测捕集了烟气粒相物的剑桥滤片的傅立叶变换近红外光谱，通过校正模型计算得到烟气化学组分含量，检测过程无需进行萃取，可实现多组分同时检测，提高检测效率，大大降低检测和环境成本，同时具有操作简便和安全的特点。

本发明通过以下技术方案实现：