2022年近红外光谱分析技术在烟草质检质控中应用研究报告与实践.docx
《2022年近红外光谱分析技术在烟草质检质控中应用研究报告与实践.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年近红外光谱分析技术在烟草质检质控中应用研究报告与实践.docx(28页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用近红外光谱分析技术在烟草质检质控中的应用争论与实践王家俊1,陈国辉2,王保兴2,梁逸曾31 红河烟草 集团)有限责任公司技术中心云南弥勒县桃园路 50号 652300 2 云南瑞升烟草技术 集团)有限公司昆明市高新技术开发区科医路 41号 650106 3.中南高校化学化工学院,长沙市岳麓区麓山南路 410083 摘要: 本文主要介绍了近红外光谱技术与化学计量学方法在烟草种植、原料收购、烟叶复烤、烟叶醇化、卷烟工业制造以及其它诸如烟用材料、烟用添加剂、卷烟烟气等方面的应用争论和一些实践体会,并简要探讨了基于近红外光谱分
2、析的数据挖掘技术在烟草品质争论中的应用;关键词: 近红外光谱法;化学计量学方法;烟草质量争论1968 年 , McClure 首 次 应 用 近 红 外 光 谱 NIRS ) 技 术1 研 究 了 未 经 破 坏 烟 叶 的 透 射 比transmittance properties ),标志着近红外光谱分析技术在烟草领域的应用起始;近红外光谱分析技术以其特殊的快速、无损等优势在烟草领域中的应用得到快速扩展2-9 ;国内报道始见于1995年10,随后几年,在国内烟草领域掀起了近红外光谱技术的应用争论热潮,并进一步将过程化学计量学方法与近红外光谱分析结合,不断挖掘量测数据中潜在的信息价值伺服产品
3、质量争论,也取得了较快的进展,争论主要包括烟叶及烟气化学成分分析10-20,30 、烟叶类型识别及卷烟配方结构猜测21,22 、卷烟配方过程评判 23,24 、卷烟制丝线评判 25 等方面的争论;近几年来,笔者协同国内化学计量学专家和相关领域专家连续寻求化学计量学方法在烟草领域中的应用争论 16, 20, 23,26-34,为提高近红外光谱分析技术在烟草领域中的应用水平做了一些微薄工作,本文仅为作者的体会之谈和一些实践体会,不足之处,敬请学者同仁批判指正;1 基本思路烟草是一个复杂的多组分灰色体系组分尚未全部清晰),品质特性的发挥与构成烟草的各组分具有协同效应,传统单变量“ 一对一 ” 的分析
4、观念,揭示烟草品质内在规律的整体性存在肯定的局限性;面对烟草这种复杂的化学分析体系,应考虑以“系统性 ”,“ 模糊性 ” 的现代分析科学思想进行探索争论,同时引进相应的分析技术硬件,近红外光谱分析技术就是一个典型的应用实例 见图 1),它既能应用多元校正方法 如PLS)处理两个数据阵之间的定量关系,同时定量复杂体系中的多个组分,且实际操作简洁,分析速度快,不需消耗化学试剂;此外,应用模式识别 如SIMCA )方法,仍可以进一步挖掘样品之间的隐含关系,这比传统方法更进一步的是,它最大限度地直接应用量测数据整体性争论样品之间的相互关系,防止了隐性信息的流失;实践说明,化学计量学方法与名师归纳总结
5、- - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用现代仪器分析技术结合,对处理复杂多组分体系表达出了显著的应用价值;烟bsorbance A 0.8Signature: Not signed 8000 6000 多元校正定量多整 0.7如 PLS 组分信息 0.6体模式识别挖掘隐含品草 0.5质 0.4信 0.3如 SIMCA 品质关系息 10000 Wavenumbers cm-1NIR 光谱图 1 近红外光谱分析与化学计量学方法的应用2近红外光谱定量分析技术的应用争论及实践近些年来,笔者将近红外光谱技术结合多元校正
6、方法如偏最小二乘法),对烟草农业生产、工业制造以及其它诸如卷烟辅料如卷烟纸)、填充料如再造烟叶)、香精香料等方面涉及到的相关品质指标的定量测定作了探究争论和实践;2.1 青烟叶中氮磷钾氯的近红外测定青烟根、茎、叶中氮、磷、氯、钾的含量在判定烟株长势,优化施肥策略和改进种植技术有重要的作用,因此,快速测定青烟根、茎、叶等各个部位中氮、磷、氯、钾等的含量的对评判烤烟生长具有重要的指导意义;采纳 FT-NIR 光谱结合 PLS法建立了青烟的根、茎、叶中的氮、磷、氯、钾等含量定量校正模型 16,在实际应用中收到了较好的成效,校正模型的参数列于表 1中;表 1 测定青烟 根、茎、叶)氮磷氯钾FT-NIR
7、 校正模型的统计结果类别模型名称校正集相关系数最优RMSECV 猜测范畴 %)样品数量主因子根氮514 0.9749 11 0.0860 0.802.30 氯512 0.9960 21 0.0450 0.141.35 茎钾533 0.9931 21 0.1063 0.502.80 烟氮619 0.9960 14 0.1062 0.904.80 氯580 0.9709 18 0.0968 0.701.85 叶磷432 0.9230 7 0.1860 1.002.70 钾621 0.9920 15 0.2162 1.105.80 2.2 烟叶品质指标的近红外测定将 NIRS 技术结合 PLS 应用
8、到烟叶原料 初烤烟叶、复烤烟叶、陈化烟叶、配方烟叶等)或卷烟制品重要品质指标 酸255 0.9868 15 0.0627 1.060-2.648 g/g柠檬酸255 0.9438 8 0.8880 3.640-16.647 mg/g 丁二酸255 0.9240 13 0.0174 0.180-0.417 mg/g 挥苹果酸255 0.9492 11 4.0000 27.640-97.219 mg/g 发草酸255 0.8974 12 0.7080 9.446-16.980 mg/g 性马来酸254 0.9671 12 0.1910 1.220-5.290 mg/g 有亚油酸255 0.9944
9、 16 0.0529 0.180-1.738 mg/g 机油酸255 0.9812 14 0.0877 1.040-3.000 mg/g 酸硬脂酸255 0.9805 12 0.0267 0.080-0.514 mg/g 其总挥发碱700 0.9576 0.9354 6 11 0.3410 0.0048 2.00-8.00 % 0.10-0.17 % 总挥发酸淀粉0.9785 14 0.4420 1.00-10.00 % 纤维素0.9266 10 0.6400 10.00-18.00 % 它硫酸盐0.9823 16 0.0836 0.40-3.00 % 组醚提物0.9731 11 0.2560
10、 2.00-8.00 % -800 分中性总量多酚0.9543 14 0.1580 3.00-5.50 % 水溶性碱度0.9478 15 0.1040 0.23-1.60 % 蛋白质0.8880 12 0.2550 2.00-5.00 % 2.3 卷烟烟气指标的近红外测定 一般认为,卷烟中的总糖、总氮和烟碱等主要化学成分含量,及其燃烧时主流烟气中的焦油、烟碱和一氧化碳等释放量可作为品质指标衡量卷烟的内在品质,其中,焦油、烟碱和一氧化碳的释 放量又打算了卷烟能否入市的质量标准;按国家烟草行业标准,卷烟的内在品质检测通常分为两个 部分,一是采纳连续流淌法测定烟丝中的总氮、总糖、烟碱等主要化学成分含
11、量;二是通过烟气分 析测定焦油、烟碱和一氧化碳的释放量;对于品牌规模化的生产,按以上方法进行大批量质检,需要较多的分析仪器,消耗大量的化学试剂,速度慢,且分析费用高;采纳PLS 结合卷烟 烟丝制成粉末)的 FT-NIR 漫反射光谱建立了测定卷烟主流烟气中焦油、烟碱、一氧化碳释放量等的校正模型 30 ,见表 3,实际应用成效令人中意;值得留意的是,在建模时,由于卷烟辅料 样品数量主因子焦油208 0.9505 3 0.2262 12.0-15.0 烟碱191 0.8945 5 0.0350 1.10-1.50 一氧化碳136 0.9625 4 0.3685 12.0-17.0 2.4 卷烟纸 盘
12、纸)理化指标的近红外测定长度为 84mm的一般卷烟,尽管卷烟纸占烟支总重量很小的比例 厚度500 0.9664 11 0.0950 4.20-5.40 10-2 mm 51.00-66.00 CU 指标透气度400 0.9470 15 1.2741 化学450 0.9563 5 0.0967 3.90-5.10 % 水分指标灰分550 0.9759 16 0.2503 16.60-21.00 % 2.5 再造烟叶品质指标的近红外测定再造烟叶是以烟梗末、烟叶末和其他烟草碎末等“下脚料 ”为主要原料,通过造纸法、辊压法或稠浆法等工艺制作的、性状接近自然烟叶的烟草薄片,是卷烟制造中内在质量可调、可控
13、的填充物料,其内在化学成分含量打算了再造烟叶的质量优劣;对薄片质量的评判是通过测定其总糖、仍原糖、总氮和烟碱等主要指标来实现的,通常采纳传统方法 标,与测定烟叶的步骤类似,费工费时,而采纳近红外方法测定 样品数量主因子总糖544 0.9645 12 0.2500 11.00-17.00 仍原糖556 0.9727 14 0.2022 10.00-14.00 烟碱465 0.9853 22 0.0143 0.60-1.10 氯501 0.9746 12 0.0321 0.30-1.00 3 近红外定性分析技术的应用争论及实践名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习
14、资料 - - - - - - - - - 3.1 近红外光谱分析结合个人资料整理仅限学习使用MSPC应用于卷烟配方过程质量评判与监测卷烟制造是一种多品种、多批次配方模块组配的间歇过程Batch processes,在肯定的时间内、按预先设计、优化好的工序,将不同品质特性的配方模块组配成预期质量要求的产品;所以,配方模块的稳固性和匀称性对产品质量有着重要的影响;在国内卷烟制造业中,对卷烟配方过程质量的评判与监测主要以物理质量如填充值、含水率和烟丝宽度等)为主体,欲监测多个理化信息表征配方模块特点质量变异,就存在肯定的局限性;采纳近红外光谱分析技术与多元校正、模式识 别等方法结合,不但可同时监测配
15、方模块的多组分定量信息,仍可以利用整体特点信息对其过程质 量的稳固性和匀称性进行评判与监测;通常, MSPC 法结合配方模块的近红外光谱建立了不同卷烟配方模块的类模型,因类模型中各样本马氏距离的分布具有正态特性,故可利用经典的 3 方式来构造 MSPC 图,将马氏距离的掌握上限 UCL )设定在该类平均马氏距离 )的 +3 范畴之内,即:;就可实现对未知过程样本的马氏距离进行监测,用马氏距离对时序作图,便可反映出模块在加工过程中的质量波动情形;应用该方法可充分地提取光谱隐含的特点信息,较好地表征模块中样本点集合程度,即模块过程质量的稳定状态,有关争论见文献 23 ;将类似的方法应用于再造烟叶生
16、产的过程质量监测,也收到了较好的应用成效,见文献34 ;方法建模外,SIMCA也是除了使用PCA-MD一种较为有用的建模手段,特殊是面对卷烟制造这一种多品种、多批次配方模块组配的间歇过程,如图 2 B 、 P 和 X 配方模块的SIMCA 分类图通过 SIMCA 分类法建立了配方过程中B、 P、X 等三个模块的类模型,见图2,通过设置合适的置信概率或风险水平,即可用类模型监测未知过程样本的距离,判别样本的质量特性归属;同时,通过建立MSPC 图,即可较为简洁地监测在加工或配方过程中 B、P、X 等三个配方模块总体质量特性的稳固状态;见图 3,其中 B 模块 50 个样本 序号: 1-50),前
17、 30 个批次的样本获得了正确的预报,且稳固性和匀称性较好 与相关配方人员评吸结果吻合),后采集的 20 个样本, 15 个样本超限 0.95 ), 5 个样本接近 0.95,20 个样本的距离趋势是远离模型,见图 3a)和 b),因后 20 个样本作了配方调整,总体评吸结果和调整前比较有明显差异,这与实测结果基本一样;在P 模块的 54 个样本 序号: 51-104)和 X 模块的 53 个样本序号: 105-157)中,分别有2 个和1 个样本接近0.95,其余的均未见反常,过程质量表现稳定,实测结果与实际吻合,分别见图3c)、 d)、 e)和 f);总之,监测配方过程中模块总体名师归纳总
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022 红外 光谱分析 技术 烟草 质检 质控中 应用 研究 报告 实践
限制150内