近红外漫反射光谱技术测定造纸法再造烟叶木质素的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及近红外漫反射光谱技术测定造纸法再造烟叶木质素的方法，属于造纸 法再造烟叶领域。
【背景技术】
[0002] 再造烟叶是利用废弃的烟梗、烟叶碎片、烟末等为原料，经过一系列加工制成的， 用作卷烟填充物，回用于卷烟生产。在再造烟叶的诸多组分中，木质素是一种较为稳定的组 分，在再造烟叶的生产加工过程中不会发生很大变化。在卷烟吸燃的条件下，木质素会裂解 产生儿茶酪和烧基儿茶酪，引起涩口。有研究表明，烟草中的木质素含量越高，烟草具有的 刺激性，木质杂气就会越重。因此测定烟草中木质素的含量对评价烟草内在品质具有一定 的指导作用。
[0003] 目前，再造烟叶中木质素含量的测定主要是通过Klason法测定其中酸不溶木质 素的含量。烟草行业标准YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中性洗漆纤维、酸性洗漆纤维、 酸洗木质素的测定-洗漆剂法》对Klason法做了一些修正，先用酸性洗漆剂去除烟草及烟 草制品中的糖类、脂肪、蛋白质W及半纤维素等成分后，再用质量分数为72%的硫酸去处 理烟草，最后测得烟草酸不溶木质素的含量。该两种方法测定再造烟叶中木质素含量耗时 较长，降低了效率，很难满足科研人员通过降解烟草中木质素含量来提高卷烟抽吸品质等 研究工作的开展。鉴于此，有必要开发一种新的快速的测定木质素含量方法，为分析评价再 造烟叶的木质素含量提供一定的参考。
[0004] 近红外光照射到物质后，会发生吸收、透射、全反射、漫反射等几种相互作用形式。 近红外光谱的采集方式主要有=种；透射式、漫反射式、透漫射式。
[0005] 对于光通透性较好的液体样品，近红外光可W穿透整个样品，多采用透射方式进 行光谱扫描，所测得数据较为准确。近红外光不能完全穿透造纸法再造烟叶，故采用漫反射 方式进行光谱扫描。近红外漫反射光进入样品内部后，发生无数次反射、折射、衍射、吸收 后，返回入射面的光，该种分析光负载了样品的结构和组成信息，是一项快速、对环境友好 的检测技术，目前应用近红外漫反射光谱分析技术测定烟草常规化学成分、风格、均匀性等 方面已有报道，但用于造纸法再造烟叶木质素含量测定的方法未见报道。
【发明内容】
[0006] 为简单、易行、快速测定再造烟叶木质素，本发明提供一种近红外漫反射光谱测定 造纸法再造烟叶木质素的方法，采用近红外光谱无损检测技术不仅能提高分析效率，节约 成本，对于准确测定再造烟叶木质素，提高检测效率，客观反应产品质量，具有明显实用性。
[0007] 本发明通过下列技术方案实现；一种近红外漫反射光谱技术测定造纸法再造烟叶 木质素的方法，包括如下步骤： 步骤（1)，样品的收集；收集一批具有代表性的造纸法再造烟叶产品； 步骤（2)，采集原始光谱：采用近红外光谱漫反射的方式对步骤（1)收集的造纸法再造 烟叶产品逐个进行光谱扫描，得到原始光谱； 步骤（3)，选择校正样品集和验证样品集；在步骤（2)所得原始光谱中采用标准GB/T 29858-2013的方法选出校正样品集和验证样品集； 步骤（4)，测定样品参考值；在标准条件下，利用标准方法对步骤（1)收集的造纸法再 造烟叶产品逐个进行木质素的测定，得到样品参考值； 步骤（5)，预处理光谱；对步骤（3)中选出的校正样品集和验证样品集的光谱进行预处 理，消除噪声和基线漂移的影响； 步骤（6)，建立PLS模型；将步骤（5)预处理后的校正样品集与步骤（4)所得样品参考 值进行一一对应，应用偏最小二乘法把光谱数据与其对应的木质素测定数据进行拟合，建 立定量模型，建模过程中进行检测及剔除异常值，对剔除异常值剩余的光谱数值，再次与步 骤（4)所得样品参考值进行一一对应，应用偏最小二乘法把光谱数据与其对应的木质素测 定数据进行拟合，建立得到木质素指标的定量模型； 步骤（7)，模型验证：利用步骤（5)处理后的验证样品集对步骤（6)所建立的木质素指 标的定量模型进行外部预测； 步骤（8)，测定木质素；将待测造纸法再造烟叶样品的原始光谱输入步骤（6)建立的木 质素指标的定量模型，即测定得到木质素。
[000引进一步，所述步骤（2)的光谱采集条件为；扫描范围为4000?lOOOOcnTi、分辨率 为8cm-i、扫描次数不低于72次。
[0009] 进一步，所述步骤（2)的原始光谱是通过下列方法获得的；将步骤（1)收集的造纸 法再造烟叶产品，每个产品取=个平行样，每个平行样混匀的固体粉末放入样品杯中，轻压 平整，厚度> 10mm，放到光谱仪旋转台上，利用近红外光谱采用漫反射的方式进行扫描并采 集光谱，每个平行样扫一次光谱，每个产品对应3个平行光谱，再将3个平行光谱(用近红外 光谱仪器的自带软件）进行求平均得到一个原始光谱，依次对每个产品采用相同的方法进 行扫描并采集光谱，得到每个产品对应的原始光谱。
[0010] 进一步，所述步骤（4)的标准条件为GB/T 16447《烟草和烟草制品调节和测试的 大气环境》规定的条件；所述标准方法是指按行业标准YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中 性洗漆纤维、酸性洗漆纤维、酸洗木质素的测定洗漆剂法》进行测试。
[0011] 进一步，所述步骤（5)的预处理是指对原始光谱进行SNV+ -阶+Savitzky-Golay (3,5)预处理。
[0012] 进一步，所述步骤（6)中检测及剔除异常值是采用检测杠杆值的方法，具体通过下 列步骤： 按下列公式计算样品杠杆值：
【主权项】
1. 一种近红外漫反射光谱技术测定造纸法再造烟叶木质素的方法，其特征在于包括如 下步骤： 步骤（1)，样品的收集；收集一批具有代表性的造纸法再造烟叶产品； 步骤（2)，采集原始光谱：采用近红外光谱漫反射的方式对步骤（1)收集的造纸法再造 烟叶产品逐个进行光谱扫描，得到原始光谱； 步骤（3)，选择校正样品集和验证样品集；在步骤（2)所得原始光谱中采用标准GB/T 29858-2013的方法选出校正样品集和验证样品集； 步骤（4)，测定样品参考值；在标准条件下，利用标准方法对步骤（1)收集的造纸法再 造烟叶产品逐个进行木质素的测定，得到样品参考值；上述标准条件为GB/T 16447《烟草 和烟草制品调节和测试的大气环境》规定的条件；标准方法是指按行业标准YC/T 347-2010 《烟草及烟草制品中性洗漆纤维、酸性洗漆纤维、酸洗木质素的测定洗漆剂法》进行测试； 步骤（5)，预处理光谱；对步骤（3)中选出的校正样品集和验证样品集的光谱进行SNV+ 一阶+53￥；[121^7-6〇137(3,5)预处理，消除噪声和基线漂移的影响； 步骤（6)，建立PLS模型；将步骤（5)预处理后的校正样品集与步骤（4)所得样品参考 值进行一一对应，应用偏最小二乘法把光谱数据与其对应的木质素测定数据进行拟合，建 立定量模型，建模过程中进行检测及剔除异常值，对剔除异常值剩余的光谱数值，再次与步 骤（4)所得样品参考值进行一一对应，应用偏最小二乘法把光谱数据与其对应的木质素测 定数据进行拟合，建立得到木质素指标的定量模型； 步骤（7)，模型验证：利用步骤（5)处理后的验证样品集对步骤（6)所建立的木质素指 标的定量模型进行外部预测； 步骤（8)，测定木质素；将待测造纸法再造烟叶样品的原始光谱输入步骤（6)建立的木 质素指标的定量模型，即测定得到木质素。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2)的光谱采集条件为；扫描范 围为4000?lOOOOcm-i、分辨率为8cm-i、扫描次数不低于72次。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2)的原始光谱是通过下列方法 获得的；将步骤（1)收集的造纸法再造烟叶产品，每个产品取=个平行样，每个平行样混匀 的固体粉末放入样品杯中，轻压平整，厚度> 10mm，放到光谱仪旋转台上，利用近红外光谱 采用漫反射的方式进行扫描并采集光谱，每个平行样扫一次光谱，每个产品对应3个平行 光谱，再将3个平行光谱进行求平均得到一个原始光谱，依次对每个产品采用相同的方法 进行扫描并采集光谱，得到每个产品对应的原始光谱。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（6)中检测及剔除异常值是采用 检测杠杆值的方法，具体通过下列步骤： 按下列公式计算样品杠杆值：
其中，《为样品杠杆值，与为样品i的因子向量，尸巧/建模集的因子得分矩阵，为 与的转置； 当样品杠杆值大于3k/n，其中k为主成分数，n为样品个数，其光谱对回归具有显著的 影响，应剔除。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（7)的模型验证是采用t检验 方法确定验证样品集输入步骤（6)的定量模型所得的预测值与相应的步骤4所得样品参考 值是否有统计意义上的偏差：即，将步骤（6)所建立的木质素指标的定量模型的预测值与 步骤（4)的样品参考值t值与自由度cU的临界值t 进行比较，取显著水平a=〇. 05， 当I t I ，概率P〉〇.〇5时，说明两种方法的检测结果不存在显著性差异，模型验证 成功，该模型可用于测定造纸法再造烟叶的木质素。
【专利摘要】本发明公开一种近红外漫反射光谱技术测定造纸法再造烟叶木质素的方法，通过以下步骤实现：（1）具有代表性样品收集与准备；（2）采集原始光谱；（3）校正样品集和验证样品集的选择；（4）测定样品参考值；（5）光谱预处理；（6）PLS模型建立；（7）模型的验证；（8）测定木质素。本发明的方法简单、易行、快速，采用近红外光谱无损检测技术不仅能提高分析效率，节约成本，对于准确测定再造烟叶木质素，提高检测效率，客观反应产品质量，具有明显实用性。本发明方法具有检测速度快，无污染，绿色环保，准确度高、重现性好等优点，适用于再造烟叶产品木质素的实现现场分析、快速检测及其产品质量波动的在线监测。
【IPC分类】G01N21-359, G01N21-3563
【公开号】CN104596975
【申请号】CN201510047337
【发明人】吴丽君, 张建华, 白晓莉, 王保兴, 段如敏, 王家俊, 和智君, 李忠, 刘恩芬
【申请人】云南中烟工业有限责任公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月30日