一种烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烟草检测技术领域，具体涉及一种烟叶中重金属含量地域性分布的可 视化方法。
【背景技术】
[0002] 现代工农业的发展，致使土壤和大气环境受到不同种类的重金属污染，依据地域 性的不同，重金属污染的程度也不同。
[0003] 烟草属于易于吸收和富集重金属的植物，对于烟草自身而言，重金属污染影响烟 草的光合特性、酶活性、以及蛋白质和氨基酸含量等重要生理生化指标，当重金属浓度过高 时，更易造成烟草品质与产量的严重下降。
[0004] 对于人体而言，重金属以气溶胶或金属氧化物的形式通过卷烟主流烟气进入人 体，对人体健康造成潜在危害。美国1989年报道的107种卷烟烟气有害成分和1990年 Hoffmann列出的烟草43种有害成分名单主要涉及Cr、Ni、As、Cd、Hg、Se和Pb共7种重金 属元素。众多的研宄证实，吸烟已成为烟民体内某些重金属的主要来源之一。
[0005] 植物体中的重金属含量与土壤元素背景值及生态环境条件密切相关，国内外众多 研宄表明，土壤中的重金属水平是影响烟草重金属含量的主要因素，在影响烟叶重金属含 量的诸多因素中，烟叶部位和烟草品种造成的差异相对较小，而地域差异是最重要的因素 之一。我国烟叶产区分布较广，有些产区甚至就在矿区附近，导致我国烟叶重金属含量地域 性差异较大。
[0006] 烟叶属于农产品的范畴，农产品风险分析是基于农产品重金属暴露评估结果和重 金属暂定每周耐受摄入量（PTWI)或每日耐受量（TDI)相比较，综合得到农产品中重金属的 限量标准。目前我国已有的《食品中污染物限量》主要对粮食及蔬菜、肉、蛋等做了明确规 定。与这些食品相比，烟叶中的重金属含量明显偏高，但其并非完全进入人体体内，这是因 为烟叶重金属是以气溶胶或金属氧化物的形式通过卷烟主流烟气进入人体，需要考虑和研 宄由烟叶到主流烟气，再到人体的重金属转移率。因此，目前国际上并未有明确的烟叶重金 属限量标准。
[0007] 从卷烟控制的源头上来说，烟叶仅是初级原料，即使某地区出产的烟叶重金属含 量水平较高，也可以通过减少其在原料配方中的比例以降低卷烟产品中重金属含量或将重 金属含量控制在一定范围之内，以达到生产重金属低风险卷烟的要求。
[0008] 在目前没有烟叶重金属限量标准的情况下，各卷烟工业企业须建立本企业烟叶重 金属评价（判定）标准。现有技术中，虽然有文献提及烟叶中某几种重金属的限量推荐值， 但是没有任何文献研宄烟叶重金属含量的评价方法，这一方面是基于全国烟叶种植样品的 样品量大，全部获取比较困难，另一方面，即使样品能够全部采集的到，检测任务也非常繁 重，数据统计极为复杂。
【发明内容】
[0009] 本发明提供了一种烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法，通过制定适当的 重金属含量单项评价指标以及综合评价指标，并依据单项评价指标以及综合评价指标绘制 地统计学分布图，直观真实地反应各地区中烟叶的重金属水平，并依据地统计学分布图预 测相应地点中烟叶的重金属含量，方便原料采购人员以及叶组配方人员进行查询和判断。
[0010] 一种烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法，包括以下步骤：
[0011] (1)在烟叶种植区域内，以县级产区为单位，利用ICP-MS检测各县级产区中烟叶 的各种重金属元素含量。
[0012] 为减小非试验因素造成的系统误差影响，提高样品的代表性和试验精确度，确保 获得的实验结果能进行显著性测验，取样规则遵循田间试验设计的随机化和区组化原则， 具体如下：
[0013] 在全国范围内，将每个县级产区的烟叶种植区域划分为50个同质组，然后从中随 机选取20个待测同质组，每个待测同质组中随机选取3株烤烟，每株烤烟利用ICP-MS进行 重金属元素含量的测定，以每种重金属元素含量的平均值作为相应县级产区中烟叶的该种 重金属元素含量。
[0014] 每株烤烟分别选取上部叶、中部叶和下部叶三个部位进行重金属元素含量的测 定，选取时，尽量保证从每株烤烟的同样位置取样。
[0015] (2)计算每个县级产区中每种重金属元素含量的单项评价指标，单项评价指标的 计算方法如下：
[0017]式中：
[0018] 为第i个县级产区中第j种重金属元素的单项评价指标；
[0019] i为县级产区的序号，取值为1~n的自然数，n为县级产区的总个数；
[0020] j为重金属元素的序号；
[0021] Cu为第i个县级产区中第j种重金属元素的ICP-MS检测值；
[0022] g为各县级产区Cu的平均值；
[0023] 〇为各县级产区h的标准差。
[0024] 单项评价指标方法本身较为单一，在没有限量值的情况下，本发明采用拉依达准 则（PauTa)，即将超过均值3倍标准差的值认为是异常值（超标值），格拉布斯（Grubbs)准 则和t检验准则等常用判异方法大多用于小样本数据，对大样本不够灵敏。
[0025] (3)计算每个县级产区中重金属元素含量的综合评价指标，综合评价指标的计算 方法如下：
[0027]式中：
[0028] Ph为第i个县级产区的烟叶中重金属元素含量的综合评价指标；
[0029] 为各县级产区Cu的相对优属度矩阵（即无量纲数据矩阵）；
[0030] Wj为第j种重金属元素的权重；
[0031] m为重金属元素的种类总数。
[0032] 其中，相对优属度矩阵氏」的计算方法如下：
[0034] 采用三标度-层次分析法确定重金属元素的权重W」，具体的计算方法如下：
[0035] a、参考Hakanson标准化重金属毒性系数，构造比较矩阵1^.如下：
[0037] 重金属元素的种类非常多，本发明所提供的方法能够适用于各种重金属元素，为 了表述清楚，针对几种在烟叶中含量较大或者对烟叶品质影响较大的几种重金属进行重点 分析，这些重金属元素包括Cr、Ni、As、Cd、Hg、Se、Pb，重金属毒性系数依次为2、5、10、30、 40、1、5〇
[0038] b、构造权重判断矩阵DmXm如下：
[0045] i和k为行编号，j为列编号。
[0046] c、依据权重判断矩阵，求取权重向量。
[0047] 在比较矩阵以及权重判断矩阵D中，i和k为行编号，j为列编号，其余部分 如无特殊说明，i为县级产区的序号，取值为1~n的自然数；j为重金属元素的序号。
[0048] 求取权重判断矩阵DmXm的最大特征值，以及最大特征值对应的特征向量，对特征 向量进行归一化，得到权重向量，由权重向量即得到权重Wj。
[0049] 对权重Wj的计算过程进行一致性检验，一致性检验通过，结果可信。
[0050] 综合评价方法较多，其中线性综合评价法最为经典，也最为常用，但采用不同的相 对优属度矩阵R和权重向量《，综合评价的结果可能不同。在构建本发明技术方案时，同时 考察了两种不同的数据无量纲方法和两种权重确定方法两两组合成的四种线性综合评价 指标，并通过辨识度分析（变异系数），选择了特异性最强的综合评价指标，作为本发明技 术方案中所采用的综合评价指标。
[0051] 常用的数据无量纲方法包括极差变换法（Rd)、均值化法（RJ和标准化法（R z)，其 中，均值化法是用各指标的原始数据除以其相应的均值，获得无量纲数据，而标准化法中， 多指标原始数据中包