近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉纖維素的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉纖維素的方法，屬于造紙 法再造煙葉領域。
【背景技術】
[0002] 纖維素是煙草細胞壁的重要組成部分之一。細胞壁物質含量越高，煙葉的品質越 差，特別是低次煙葉中纖維素等細胞壁物質含量較高，其煙氣會產(chǎn)生強烈的刺激性、槍咳、 澀口、枯焦氣。再造煙葉是利用廢棄的煙梗、煙葉碎片、煙末等為原料，經(jīng)過一系列加工制成 的，纖維素含量也是影響再造煙葉品質的重要因素，因此測定再造煙葉中的纖維素，對于評 價再造煙葉品質有重要意義。
[0003] 目前，再造煙葉中木質素含量的測定主要是通過煙草行業(yè)標YC/T347-2010《煙草 及煙草制品中性洗涂纖維、酸性洗涂纖維、酸洗木質素的測定-洗涂劑法》來進行測定，該方 法主要采用稀酸、稀堿與樣品依次共煮后用有機溶劑處理，再經(jīng)烘干后稱重，該種方法操作 繁瑣，費時耗力；另外中國專利CN200810098885《流動分析法測定煙草中的纖維素》也提供 了一種煙草中纖維素含量的測定方法，該方法根據(jù)纖維素水解后生成葡萄糖的性質，利用 纖維素酶酶解煙草中的纖維素得到葡萄糖后，用流動分析儀檢測還原糖含量，纖維素的含 量W葡萄糖計，該種方法雖較YC/T347-2010簡便，但纖維素的酶解依然十分耗時。鑒于此， 有必要開發(fā)一種新的快速的測定纖維素含量方法，為分析評價再造煙葉的纖維素含量提供 一定的參考。
[0004] 近紅外光照射到物質后，會發(fā)生吸收、透射、全反射、漫反射等幾種相互作用形式。 近紅外光譜的采集方式主要有H種；透射式、漫反射式、透漫射式。
[0005] 對于光通透性較好的液體樣品，近紅外光可W穿透整個樣品，多采用透射方式進 行光譜掃描，所測得數(shù)據(jù)較為準確。近紅外光不能完全穿透造紙法再造煙葉，故采用漫反射 方式進行光譜掃描。近紅外漫反射光進入樣品內部后，發(fā)生無數(shù)次反射、折射、衍射、吸收 后，返回入射面的光，該種分析光負載了樣品的結構和組成信息，是一項快速、對環(huán)境友好 的檢測技術，目前應用近紅外漫反射光譜分析技術測定煙草常規(guī)化學成分、風格、均勻性等 方面已有報道，但用于造紙法再造煙葉纖維素含量測定的方法未見報道。

【發(fā)明內容】

[0006] 為簡單、易行、快速測定再造煙葉纖維素，本發(fā)明提供一種近紅外漫反射光譜測定 造紙法再造煙葉纖維素的方法，采用近紅外光譜無損檢測技術不僅能提高分析效率，節(jié)約 成本，對于準確測定再造煙葉纖維素，提高檢測效率，客觀反應產(chǎn)品質量，具有明顯實用性。
[0007] 本發(fā)明通過下列技術方案實現(xiàn)；一種近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉 纖維素的方法，包括如下步驟： 步驟（1)，樣品的收集；收集一批具有代表性的造紙法再造煙葉產(chǎn)品； 步驟（2)，采集原始光譜：采用近紅外光譜漫反射的方式對步驟（1)收集的造紙法再造 煙葉產(chǎn)品逐個進行光譜掃描，得到原始光譜； 步驟（3)，選擇校正樣品集和驗證樣品集；在步驟（2)所得原始光譜中采用標準GB/T 29858-2013的方法選出校正樣品集和驗證樣品集； 步驟（4)，測定樣品參考值；在標準條件下，利用標準方法對步驟（1)收集的造紙法再 造煙葉產(chǎn)品逐個進行纖維素的測定，得到樣品參考值； 步驟（5)，預處理光譜；對步驟（3)中選出的校正樣品集和驗證樣品集的光譜進行預處 理，消除噪聲和基線漂移的影響； 步驟（6)，建立PLS模型；將步驟（5)預處理后的校正樣品集與步驟（4)所得樣品參考 值進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對應的纖維素測定數(shù)據(jù)進行擬合，建 立定量模型，建模過程中進行檢測及剔除異常值，對剔除異常值剩余的光譜數(shù)值，再次與步 驟（4)所得樣品參考值進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對應的纖維素測 定數(shù)據(jù)進行擬合，建立得到纖維素指標的定量模型； 步驟（7)，模型驗證：利用步驟（5)處理后的驗證樣品集對步驟（6)所建立的纖維素指 標的定量模型進行外部預測； 步驟（8)，測定纖維素；將待測造紙法再造煙葉樣品的原始光譜輸入步驟（6)建立的纖 維素指標的定量模型，即測定得到纖維素。
[000引進一步，所述步驟（2)的光譜采集條件為；掃描范圍為4000?lOOOOcnTi、分辨率 為8cm-i、掃描次數(shù)不低于72次。
[0009] 進一步，所述步驟（2)的原始光譜是通過下列方法獲得的；將步驟（1)收集的造紙 法再造煙葉產(chǎn)品，每個產(chǎn)品取H個平行樣，每個平行樣混勻的固體粉末放入樣品杯中，輕壓 平整，厚度> 10mm，放到光譜儀旋轉臺上，利用近紅外光譜采用漫反射的方式進行掃描并采 集光譜，每個平行樣掃一次光譜，每個產(chǎn)品對應3個平行光譜，再將3個平行光譜(用近紅外 光譜儀器的自帶軟件）進行求平均得到一個原始光譜，依次對每個產(chǎn)品采用相同的方法進 行掃描并采集光譜，得到每個產(chǎn)品對應的原始光譜。
[0010] 進一步，所述步驟（4)的標準條件為GB/T 16447《煙草和煙草制品調節(jié)和測試的 大氣環(huán)境》規(guī)定的條件；所述標準方法是指按行業(yè)標準YC/T 347-2010《煙草及煙草制品中 性洗涂纖維、酸性洗涂纖維、酸洗木質素的測定洗涂劑法》進行測試。
[0011] 進一步，所述步驟（5)的預處理是指對原始光譜進行SNV+ -階導數(shù)+Norris預處 理。
[0012] 進一步，所述步驟（6)中檢測及剔除異常值是采用檢測杠桿值的方法，具體通過下 列步驟： 按下列公式計算樣品杠桿值：
【主權項】
1. 一種近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉纖維素的方法，其特征在于包括如 下步驟： 步驟（1)，樣品的收集；收集一批具有代表性的造紙法再造煙葉產(chǎn)品； 步驟（2)，采集原始光譜：采用近紅外光譜漫反射的方式對步驟（1)收集的造紙法再造 煙葉產(chǎn)品逐個進行光譜掃描，得到原始光譜； 步驟（3)，選擇校正樣品集和驗證樣品集；在步驟（2)所得原始光譜中采用標準GB/T 29858-2013的方法選出校正樣品集和驗證樣品集； 步驟（4)，測定樣品參考值；在標準條件下，利用標準方法對步驟（1)收集的造紙法再 造煙葉產(chǎn)品逐個進行纖維素的測定，得到樣品參考值；上述標準條件為GB/T 16447《煙草 和煙草制品調節(jié)和測試的大氣環(huán)境》規(guī)定的條件；標準方法是指按行業(yè)標準YC/T 347-2010 《煙草及煙草制品中性洗涂纖維、酸性洗涂纖維、酸洗木質素的測定洗涂劑法》進行測試； 步驟（5)，預處理光譜；對步驟（3)中選出的校正樣品集和驗證樣品集的光譜進行SNV+ 一階導數(shù)+Norris預處理，消除噪聲和基線漂移的影響； 步驟（6)，建立PLS模型；將步驟（5)預處理后的校正樣品集與步驟（4)所得樣品參考 值進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對應的纖維素測定數(shù)據(jù)進行擬合，建 立定量模型，建模過程中進行檢測及剔除異常值，對剔除異常值剩余的光譜數(shù)值，再次與步 驟（4)所得樣品參考值進行一一對應，應用偏最小二乘法把光譜數(shù)據(jù)與其對應的纖維素測 定數(shù)據(jù)進行擬合，建立得到纖維素指標的定量模型； 步驟（7)，模型驗證：利用步驟（5)處理后的驗證樣品集對步驟（6)所建立的纖維素指 標的定量模型進行外部預測； 步驟（8)，測定纖維素；將待測造紙法再造煙葉樣品的原始光譜輸入步驟（6)建立的纖 維素指標的定量模型，即測定得到纖維素。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（2)的光譜采集條件為；掃描范 圍為4000?lOOOOcm-i、分辨率為8cm-i、掃描次數(shù)不低于72次。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（2)的原始光譜是通過下列方法 獲得的；將步驟（1)收集的造紙法再造煙葉產(chǎn)品，每個產(chǎn)品取H個平行樣，每個平行樣混勻 的固體粉末放入樣品杯中，輕壓平整，厚度> 10mm，放到光譜儀旋轉臺上，利用近紅外光譜 采用漫反射的方式進行掃描并采集光譜，每個平行樣掃一次光譜，每個產(chǎn)品對應3個平行 光譜，再將3個平行光譜進行求平均得到一個原始光譜，依次對每個產(chǎn)品采用相同的方法 進行掃描并采集光譜，得到每個產(chǎn)品對應的原始光譜。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（6)中檢測及剔除異常值是采用 檢測杠桿值的方法，具體通過下列步驟： 按下列公式計算樣品杠桿值：
其中，巧為樣品杠桿值，為樣品巧勺因子向量，尸巧J建模集的因子得分矩陣，為 與的轉置； 當樣品杠桿值大于3k/n，其中k為主成分數(shù)，n為樣品個數(shù)，其光譜對回歸具有顯著的 影響，應剔除。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（7)的模型驗證是采用t檢驗 方法確定驗證樣品集輸入步驟（6)的定量模型所得的預測值與相應的步驟4所得樣品參考 值是否有統(tǒng)計意義上的偏差：即，將步驟（6)所建立的纖維素指標的定量模型的預測值與 步驟（4)的樣品參考值t值與自由度cU的臨界值t 進行比較，取顯著水平a=〇. 05， 當I t I ，概率P〉〇.〇5時，說明兩種方法的檢測結果不存在顯著性差異，模型驗證 成功，該模型可用于測定造紙法再造煙葉的纖維素。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉纖維素的方法，通過以下步驟實現(xiàn)：（1）具有代表性樣品收集與準備；（2）采集原始光譜；（3）校正樣品集和驗證樣品集的選擇；（4）測定樣品參考值；（5）光譜預處理；（6）PLS模型建立；（7）模型的驗證；（8）測定纖維素。本發(fā)明的方法簡單、易行、快速，采用近紅外光譜無損檢測技術不僅能提高分析效率，節(jié)約成本，對于準確測定再造煙葉纖維素，提高檢測效率，客觀反應產(chǎn)品質量，具有明顯實用性。本發(fā)明方法具有檢測速度快，無污染，綠色環(huán)保，準確度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，適用于再造煙葉產(chǎn)品纖維素的實現(xiàn)現(xiàn)場分析、快速檢測及其產(chǎn)品質量波動的在線監(jiān)測。
【IPC分類】G01N21-359, G01N21-3563
【公開號】CN104596979
【申請?zhí)枴緾N201510047433
【發(fā)明人】白曉莉, 吳麗君, 張建華, 王保興, 段如敏, 周桂園, 王家俊, 盧偉
【申請人】云南中煙工業(yè)有限責任公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月30日