如何利用線近紅外光譜快速測定煙葉中的化學成分
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作者: 趙瑞娟 周淑平 程貴敏 張長云 張婕
摘要：通過對煙葉樣品采用先進的煙化學檢測方法進行檢測的檢測數據結果，建立近紅外分析預測模型，并對模型進行評價、驗證及應用。以期達到節約成本，快速、簡便和大批量地分析常規化學成份的目的?，F在我們常常利用一些先進的手段來進行測定。比如近紅外光譜技術等。
關鍵詞： 線近紅外光、化學成分
?。ㄒ唬?近紅外光譜的概述
煙化學分析在煙草科研中起著重要的作用。近幾年來，近紅外光譜分析技術因其快速、無需前處理、無污染、非破壞性以及多組分同時定量分析等優勢，在食品、藥品及化工等諸多行業的產品的分析測定中得到廣泛的應用。那么近紅外光譜技術對煙草的發展為何起著如此重要的作用，主要原因是當中含有一些有害物質，只有通過近紅外光譜區與有機分子中含氫基團振動和各級倍頻的吸收區一致，通過掃描樣品的近紅外光譜、可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息，而且利用近紅外光譜技術分析樣品具有方便、快速、高效、準確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學試劑，不污染環境等優點，近年來，近紅外光譜技術已成為發展最快、最引人注目的光譜分析技術，在行業應用也很廣泛、但絕大部分研究主要集中在煙葉常規化學成分的快速測定。將近紅外光譜分析技術用于卷煙產品質量穩定性，近紅外光譜技術的優點是其分析速度快、對樣品無化學污染、操作簡單、測量精度高、分析成本低等優點。近紅外光的分析儀一旦經過定標后一分鐘的時間內即可完成待測樣品多個組分的同步測量，完全可以實現過程在線定量分析。在對樣品測定過程中待測樣品視顆粒度的不同可能需要簡單的物理制備過程，無需任何化學干預即可完成測量過程，是一種綠色的分析技術。并且對操作員的水平要求較低。通過軟件設計可以實現極為簡單的操作要求，測量過程中對操作人員的要求較低。盡管該技術與傳統理化分析方法相比精度略遜一籌，但是給出的測量精度足夠滿足生產過程中質量監控的實際要求，故而非常實用。由于在整個測量過程中無需任何化學試劑，儀器定標完成后測量是一項非常簡單工作，所以幾乎沒有任何損耗，現在紅外線技術已經普遍應用于煙草業。
（二） 煙葉中的成分分析
煙葉中化學成分含量的不同，對煙葉的等級有著較為重要的影響，那么我們需要對煙葉中的化學成分進行分析，煙葉的化學成分與其他植物一樣，可分為兩大類：一類為有機化合物，一類為無機化合物。糖、淀粉、糊精、纖維、色素、有機酸、蛋白質、煙堿、氨基酸等屬有機化合物；氯、鉀、磷、鈣、鎂、硫等無機鹽類屬無機化合物。中的碳水化合物有可溶性的糖和不可溶性的多糖。煙葉中的葡萄糖和果糖屬于單糖，蔗糖和麥芽糖屬于二糖。不溶性的多糖，煙葉中的多糖包括淀粉、纖維素和果膠等，多糖與單糖、二糖不同，它沒有還原能力，但在酸性條件下和酶的作用也能水解成單糖。當煙葉含水分多時煙葉的彈性韌性就增大，含水少時就發脆易碎。煙葉含氮化合物較多，主要有蛋白質、銨態氮和硝態氮。蛋白質：煙葉中的蛋白質對煙葉質量影響較大，在燃燒時產生一種特殊的味道。在檢測煙葉化學成分時不直接檢測蛋白質，而是通過測得的氮元素來換算出蛋白質含量。煙堿在煙葉中的成分分析：煙堿又名尼古丁，是一種無色至淡黃色透明油狀液體，是煙草中含氮生物堿的主要成分，在煙葉中的含量為1～3%。只有合理的分析測定煙葉中的化學成分會對煙葉的質量起著重要作用。煙葉之所以能區別于其他植物主要是因為含有煙堿。煙堿容易和酸性物質進行化學反應，與草酸、檸檬酸作用，生成草酸鹽和檸檬酸鹽，與硅鎢酸作用生成煙堿硅鎢酸的白色沉淀。鉀在煙葉中的成分分析：鉀可以促進煙葉中糖類、芳香類等與品質有關的物質的合成和積累，從而影響烤煙的香氣質，香氣量Ⅲ；鉀與煙葉燃燒有關，含鉀量高的煙葉有較好的燃燒性和陰燃持火力，煙葉燃燒溫度低，有利于減少有害物質產生，提高煙草制品的品質及安全性。游離堿：煙葉中還有一種游離堿，雖然含量很低，但對卷煙質量影響很大、卷煙在燃燒時，揮發堿受熱進入煙氣中、對人的感官產生一種辛辣刺激，但煙氣中還必須有一定量的揮發堿。氯含量對煙葉的影響：煙草是忌氯作物，一直認為含氯肥料不宜在煙田施用，施氯不利于煙株生長和煙葉品質的提高。但氯元素也是煙草的必需營養元素，在煙草體內擔負著一定的生理功能，煙葉含氯量過高或過低對煙草品質均有不良影響。ph值在煙葉中的化學成分分析：ph值與煙葉總氮總量、煙堿含量、鉀含量和兩兩之間均呈顯著或極顯著的曲線相關關系，煙葉中ph值影響著煙葉的質量。還原糖和總糖是評價煙葉化學成分的兩個常用指標，而生態因素對二者造成的影響要大于品種等其他因素，因此適宜的生態條件才可能生產出糖類含量適中、化學成分協調的烤煙。礦物質：煙葉中的礦物質種類繁多，煙葉含鉀高則燃燒性和陰燃持火力都較強、煙灰也好、以上就是煙葉中所含有的成分。
?。ㄈ├镁€近紅外光譜快速測定煙葉中的化學成分
利用線近紅外光譜快速測定煙葉中的化學成分，是現在煙葉業中應用的方法，由于近紅外光譜分析技術的發展，近紅外光譜分析技術的快速、無需前處理、無污染、非破壞性以及多組分同時定量分析等優勢，在煙草產品的分析測定中得到廣泛的應用。由于近紅外技術獨特的優點，使其在煙草行業受到重視。國外的許多煙草公司已經將近紅外技術用于日常的生產檢測，我國的煙草行業也開始了近紅外技術的應用研究。目前國際上已有成熟的煙草行業專用近紅外儀器投入使用，有關近紅外應用領域的進一步拓展也在積極進行。從應用看，主要有煙葉的化學成分定量分析、在線監測、煙葉的分類、其他應用等三個方面。近紅外光譜所反映的信息強、穩定，因此非常適宜作各類天然物質的水分含量測定以及工業中的在線水分監測。我國的紅外線光譜在快速測定煙中化學含量，技術水平發展慢，機器落后。許多國家現已建立了專門的科研力量進行相關應用領域儀器設備的研發，降低儀器成本且保持足夠的分析性能成為當今近紅外儀器研制的主導方向。容易在生產效率和產品質量方面得到了很好的效果。但是由于我國的機器近紅外光譜分析技術方面的研究起步較晚，所以在我國這項技術應用發展較慢。采用先進的技術來進行檢測，依據不同種類物質所含化學成分的不同，通過軟件設計可以實現極為簡單的操作要求，盡管該技術與傳統理化分析方法相比精度略遜一籌，但是給出的測量精度足夠滿足生產過程中質量監控的實際要求，則近紅外圖譜的峰位、樣品的化學成分差異越大圖譜的特征性差異越強。采用簡易的峰位鑒別可對不同品種的中藥進行鑒別采用峰位鑒別法主要是分析組分相差較大的不同種物質，這種方法直觀、簡便，但對于性質相近的樣品鑒別卻無能為力。因此必須需要其它的方法，如化學計量學方法等來鑒別，應用近紅外光譜儀對煙葉樣品化學成分的常規分析，已成為普遍使用的方法。近紅外光譜技術可以很快的檢測煙葉中的化學成分，近紅外光譜技術對信號的數字化和分析有著很重要的作用，用來達到節約成本，快速、簡便和大批量地分析煙葉常規化學六種成分的目的。
結束語：
煙葉中的六種化學成分采用近紅外技術進行測定，其中總植物堿、總糖、總氮和還原糖4種指標可以進行比較準確的預測。利用近紅外光譜快速測定煙葉中的化學成分，建立近紅外分析預測模型， 可以節約成本，快速、簡便和大批量地分析煙葉常規化學六種成分，這個技術方法滿足監控中的質量控制，所以非常實用。
參考文獻：
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