近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉木質(zhì)素的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及近紅外漫反射光譜技術測定造紙法再造煙葉木質(zhì)素的方法，屬于造紙 法再造煙葉領域。
【背景技術】
[0002] 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， 用作卷煙填充物，回用于卷煙生產(chǎn)。在再造煙葉的諸多組分中，木質(zhì)素是一種較為穩(wěn)定的組 分，在再造煙葉的生產(chǎn)加工過程中不會發(fā)生很大變化。在卷煙吸燃的條件下，木質(zhì)素會裂解 產(chǎn)生兒茶酪和燒基兒茶酪，引起澀口。有研究表明，煙草中的木質(zhì)素含量越高，煙草具有的 刺激性，木質(zhì)雜氣就會越重。因此測定煙草中木質(zhì)素的含量對評價煙草內(nèi)在品質(zhì)具有一定 的指導作用。
[0003] 目前，再造煙葉中木質(zhì)素含量的測定主要是通過Klason法測定其中酸不溶木質(zhì) 素的含量。煙草行業(yè)標準YC/T 347-2010《煙草及煙草制品中性洗漆纖維、酸性洗漆纖維、 酸洗木質(zhì)素的測定-洗漆劑法》對Klason法做了一些修正，先用酸性洗漆劑去除煙草及煙 草制品中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)W及半纖維素等成分后，再用質(zhì)量分數(shù)為72%的硫酸去處 理煙草，最后測得煙草酸不溶木質(zhì)素的含量。該兩種方法測定再造煙葉中木質(zhì)素含量耗時 較長，降低了效率，很難滿足科研人員通過降解煙草中木質(zhì)素含量來提高卷煙抽吸品質(zhì)等 研究工作的開展。鑒于此，有必要開發(fā)一種新的快速的測定木質(zhì)素含量方法，為分析評價再 造煙葉的木質(zhì)素含量提供一定的參考。
[0004] 近紅外光照射到物質(zhì)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=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(nèi)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木質(zhì)素含量測定的方法未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為簡單、易行、快速測定再造煙葉木質(zhì)素，本發(fā)明提供一種近紅外漫反射光譜測定 造紙法再造煙葉木質(zhì)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木質(zhì)素，提高檢測效率，客觀反應產(chǎn)品質(zhì)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 木質(zhì)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)品逐個進行木質(zhì)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)與其對應的木質(zhì)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)與其對應的木質(zhì)素測 定數(shù)據(jù)進行擬合，建立得到木質(zhì)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)所建立的木質(zhì)素指 標的定量模型進行外部預測； 步驟（8)，測定木質(zhì)素；將待測造紙法再造煙葉樣品的原始光譜輸入步驟（6)建立的木 質(zhì)素指標的定量模型，即測定得到木質(zhì)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=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(zhuǎn)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(diào)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 性洗漆纖維、酸性洗漆纖維、酸洗木質(zhì)素的測定洗漆劑法》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+Savitzky-Golay (3,5)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木質(zhì)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)品逐個進行木質(zhì)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(diào)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漆纖維、酸性洗漆纖維、酸洗木質(zhì)素的測定洗漆劑法》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+53￥；[121^7-6〇137(3,5)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)與其對應的木質(zhì)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)與其對應的木質(zhì)素測 定數(shù)據(jù)進行擬合，建立得到木質(zhì)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)所建立的木質(zhì)素指 標的定量模型進行外部預測； 步驟（8)，測定木質(zhì)素；將待測造紙法再造煙葉樣品的原始光譜輸入步驟（6)建立的木 質(zhì)素指標的定量模型，即測定得到木質(zhì)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=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(zhuǎn)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，《為樣品杠桿值，與為樣品i的因子向量，尸巧/建模集的因子得分矩陣，為 與的轉(zhuǎn)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)所建立的木質(zhì)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木質(zhì)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木質(zhì)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）測定木質(zhì)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木質(zhì)素，提高檢測效率，客觀反應產(chǎn)品質(zhì)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)品木質(zhì)素的實現(xiàn)現(xiàn)場分析、快速檢測及其產(chǎn)品質(zhì)量波動的在線監(jiān)測。
【IPC分類】G01N21-359, G01N21-3563
【公開號】CN104596975
【申請?zhí)枴緾N201510047337
【發(fā)明人】吳麗君, 張建華, 白曉莉, 王保興, 段如敏, 王家俊, 和智君, 李忠, 劉恩芬
【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