本發(fā)明屬于時(shí)域核磁共振在檢測(cè)煙草含水率檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及煙草含水率檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

煙草中的含水率是煙草加工過(guò)程中的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)。煙草行業(yè)內(nèi)測(cè)定含水率的方法主要有烘箱法、卡爾費(fèi)休滴定法、氣相色譜法、紅外法、微波法、近紅外光譜法等?？栙M(fèi)休滴定法和氣相色譜法兩種方法對(duì)操作人員以及檢測(cè)試劑的要求比較高，檢測(cè)時(shí)間特別是前處理時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)費(fèi)用比較昂貴。紅外法、微波法雖然檢測(cè)速度快，但檢測(cè)結(jié)果易受物料的顏色、溫度以及外界環(huán)境的影響，檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差大。烘箱法檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，檢測(cè)結(jié)果滯后，失去了含水率檢測(cè)原有的作用，不能滿足煙草加工生產(chǎn)及時(shí)調(diào)整的要求。

時(shí)域核磁共振作為一種快速無(wú)損的檢測(cè)方法已廣泛運(yùn)用在食品、石油勘探、高分子材料等領(lǐng)域。煙草中由于油脂類物質(zhì)的存在，利用核磁共振信號(hào)量測(cè)量煙草含水率的方法，如CN 103837560 A中公開(kāi)的低場(chǎng)核磁共振測(cè)量煙草含水率的方法無(wú)法區(qū)分油水信號(hào)，所得到的核磁共振信號(hào)量是油水混合信號(hào)量總和，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性?；谶@一技術(shù)缺陷，建立一種基于核磁，能夠區(qū)分油水信號(hào)，快速準(zhǔn)確測(cè)試煙草含水率對(duì)煙草的加工和研究都有著十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于時(shí)域核磁共振反演峰面積的煙草含水率測(cè)試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

這種基于時(shí)域核磁共振反演峰面積的煙草含水率測(cè)試方法，其特征在于在時(shí)域核磁共振儀上使用CPMG序列，測(cè)量4～6個(gè)不同質(zhì)量的煙草標(biāo)樣，所得原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SIRT反演后得到標(biāo)樣的橫向弛豫譜，記錄橫向弛豫譜的首峰峰面積，然后利用微波干燥法測(cè)定標(biāo)樣的含水量，建立首峰峰面積數(shù)據(jù)與標(biāo)樣含水量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，再對(duì)待測(cè)含水量的樣品進(jìn)行測(cè)量，將所得的首峰峰面積值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到待測(cè)樣品的含水量，進(jìn)而可求得待測(cè)樣品含水率。

所述基于時(shí)域核磁共振反演峰面積的煙草含水率測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟：

a. 儀器校正：使用標(biāo)準(zhǔn)油樣校正時(shí)域核磁共振儀的中心頻率為21.2945～21.2946MHz，脈沖寬度為90～180度；校正使用FID序列，采樣點(diǎn)數(shù)2048，相鄰重復(fù)掃描之間的間隔為2000 ms；

b. 建立標(biāo)準(zhǔn)曲線：取4～6個(gè)一定質(zhì)量梯度的煙草樣品作為標(biāo)樣，利用CPMG序列測(cè)量標(biāo)樣的橫向弛豫譜，所得數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SIRT反演后記錄首峰峰面積數(shù)值，再將煙草樣品在105℃微波干燥至恒重后，計(jì)算得到所述標(biāo)樣的含水量，然后對(duì)標(biāo)樣首峰峰面積值和標(biāo)樣含水量進(jìn)行擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=kx+b，其中y是標(biāo)樣含水量，x是首峰峰面積值，b是操作和儀器誤差引起的常數(shù)項(xiàng)；

c. 樣品測(cè)量：取一定已知質(zhì)量的待測(cè)樣品（m₀），利用CPMG序列測(cè)量標(biāo)樣的橫向弛豫譜，反演后提取首峰峰面積值x₀；

d. 含水率測(cè)算：將所得的首峰面積x₀帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到待測(cè)煙草樣品的含水量y₀，待測(cè)樣品含水率=y₀/m₀×100%。

所述橫向弛豫譜測(cè)試所用CPMG參數(shù)如下：180度脈沖個(gè)數(shù)為1000～1500個(gè)，180度脈沖間隔為0.5 ms，重復(fù)掃描次數(shù)為16次，相鄰重復(fù)掃描之間的間隔為1000～2000 ms。

所述反演CMPG衰減曲線使用的算法為SIRT算法，迭代次數(shù)為10000次。

水和油雖然無(wú)法在總信號(hào)量上加以區(qū)分，但由于它們不同的分子運(yùn)動(dòng)性，它們?cè)跈M向弛豫譜上分布在不同的區(qū)域，這種情況在煙草中尤為明顯。如圖1所示，煙草中水分位于橫向弛豫譜的第一個(gè)峰，弛豫時(shí)間分布在0.1 ms至1 ms范圍內(nèi)。與此同時(shí)，煙草中的油分布在弛豫時(shí)間10 ms至100 ms范圍內(nèi)，水油信號(hào)沒(méi)有重疊，因此可以利用橫向弛豫譜單獨(dú)分析煙草中水分的信號(hào)，排除煙草中油信號(hào)的干擾。煙草的橫向弛豫譜中首峰峰面積的大小和煙草的含水量成正比。本發(fā)明利用標(biāo)樣擬合建立的含水量和橫向弛豫譜的首峰峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可迅速準(zhǔn)確測(cè)量待測(cè)煙草樣品的含水率。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可消除煙草樣品中油信號(hào)的干擾，不受煙草中油分的影響，相比于烘箱法、氣相色譜法等傳統(tǒng)的含水率檢測(cè)方法，本發(fā)明檢測(cè)速度快，每個(gè)樣品檢測(cè)僅需1min，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，無(wú)需制備樣品和溶劑消耗且樣品無(wú)損耗，無(wú)需大批量干燥實(shí)驗(yàn)，僅對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行微波干燥，待測(cè)樣品直接核磁測(cè)量得出結(jié)果，克服了核磁信號(hào)量法測(cè)煙草含水率無(wú)法區(qū)分煙草中油水信號(hào)的缺陷，提高了煙草同時(shí)存在油水信號(hào)樣品含水率測(cè)量的準(zhǔn)確性，綠色節(jié)能，適合大批量樣品測(cè)定。

附圖說(shuō)明

圖1是不同含水率相同質(zhì)量煙絲的橫向弛豫譜圖。

圖2 是本發(fā)明煙草標(biāo)樣含水量和峰面積信號(hào)量的擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

1、實(shí)驗(yàn)材料

河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司產(chǎn)三個(gè)卷煙樣品煙絲A、B、C。

2、實(shí)驗(yàn)儀器

蘇州紐邁分析儀器股份有限公司產(chǎn)PQ-001核磁共振儀（磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5 T，探頭口徑15mm）和微波干燥系統(tǒng)；瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)MS304S電子天平。

3、實(shí)驗(yàn)步驟

a. 使用標(biāo)配油樣對(duì)PQ-001核磁共振儀進(jìn)行校正，調(diào)整儀器中心頻率為21.2945～21.2946MHz，調(diào)整90度和180度脈沖寬度，校正使用FID序列，采樣點(diǎn)數(shù)2048，相鄰重復(fù)掃描之間的間隔為2000 ms。

b. 取A樣品0.5g、0.7g、0.9g、1.1g、1.3g作為標(biāo)樣，用CPMG序列測(cè)量各標(biāo)樣的橫向弛豫譜，所得數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SIRT反演后提取首峰峰面積值，（反演CMPG衰減曲線使用的算法為SIRT算法，迭代次數(shù)為10000次，）將煙草樣品在105℃微波干燥至恒重后，計(jì)算得到標(biāo)樣的含水量，然后對(duì)標(biāo)樣首峰峰面積值和標(biāo)樣含水量進(jìn)行擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線： y=43115x +57.76（R²=0.999），如圖2所示，其中微波干燥設(shè)備搭載天平、溫度感應(yīng)和溫控配件，連接核磁工控機(jī)，能在105℃恒定溫度下快速干燥煙草標(biāo)樣，耗時(shí)約5 min，并自動(dòng)計(jì)算含水量。

c. 測(cè)量測(cè)算：分別取卷煙煙絲樣品A、B、C各0.8g，利用CPMG序列測(cè)量樣品的橫向弛豫譜，提取首峰峰面積值，其中橫向弛豫譜測(cè)試所用CPMG參數(shù)為：180度脈沖個(gè)數(shù)為1000～1500個(gè)，180度脈沖間隔為0.5 ms，重復(fù)掃描次數(shù)為16次，相鄰重復(fù)掃描之間的間隔為1000～2000 ms。每個(gè)樣品測(cè)3個(gè)平行樣，所得峰面積值計(jì)算平均值后帶入上述標(biāo)準(zhǔn)曲線公式，計(jì)算得到含水量，進(jìn)而利用待測(cè)樣品含水率=y₀/m₀×100%求得含水率，具體結(jié)果如表1。

表1 本發(fā)明、微波干燥法及核磁信號(hào)量法含水率檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

上述實(shí)施例可以證明，本發(fā)明方法檢測(cè)結(jié)果和微波干燥法比較接近，利用核磁共振反演峰面積可以較好地測(cè)量煙草樣品中的含水率；與核磁信號(hào)量法相比，信號(hào)不會(huì)受到油脂的干擾，結(jié)果更準(zhǔn)確。