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一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法

申请号 CN202410112209.0 申请日 2024-01-26 公开(公告)号 CN117929318A 公开(公告)日 2024-04-26
申请人 南通南京大学材料工程技术研究院; 发明人 张春峰; 吴征阳; 王睿;
摘要 本 发明 公开了一种基于 近红外 光谱 分析的 卷烟 减害方法,属于卷烟制造技术领域,包括:S1、利用 近红外光谱 分析装置测量 烟草 样品的近红外反射光谱;S2、将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与还原糖、烟 碱 所对应的 数据库 ,计算得到烟草样品中还原糖和烟碱的含量;将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与烟草加工工艺对应的数据库,识别得到烟草样品的类别;烟草样品的类别包括未经额外加工的烟丝、烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝;S3、选取具有较低还原糖和烟碱含量的烟丝作为卷烟原料,并混入部分烟草薄片、膨胀烟丝、膨胀梗丝提高卷烟燃烧性能,减少燃烧时焦油产生。本发明基于近红外光谱分析为得到低烟碱低焦油卷烟原料配方提供帮助。
权利要求

1.一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
包括以下步骤:
S1、利用近红外光谱分析装置测量烟草样品的近红外反射光谱;
S2、将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与还原糖、烟所对应的数据库,计算得到烟草样品中还原糖和烟碱的含量;
将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与烟草加工工艺对应的数据库,识别得到烟草样品的类别;烟草样品的类别包括未经额外加工的烟丝和其他卷烟原料,其他卷烟原料包括烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝;
S3、选取具有较低还原糖和烟碱含量的烟丝作为卷烟原料,并混入部分烟草薄片、膨胀烟丝、膨胀梗丝提高卷烟燃烧性能,减少燃烧时焦油产生。
2.根据权利要求1所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,S3中,作为卷烟原料的烟草的还原糖的质量分数不超过10%,烟碱含量的质量分数不超过2%。
3.根据权利要求1所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,S3中,烟草薄片的掺杂质量分数为5~8%,膨胀烟丝的掺杂质量分数为5~8%,膨胀梗丝的掺杂质量分数为25~35%。
4.根据权利要求1所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,所述近红外光谱分析装置为钨灯近红外光谱分析装置,包括样品台、集成式卤钨灯管、集成式光纤探头、近红外石英光纤和光纤光谱仪;
所述样品台用于盛放待测样品;
所述集成式卤钨灯管设置在样品台上方,包括石英卤钨灯,集成式卤钨灯管出射准平行的近红外光束至样品台中的样品上;
所述集成式光纤探头设置在样品台上方,集成式光纤探头收集样品反射的近红外光;
集成式光纤探头通过近红外石英光纤与光纤光谱仪连接,收集的近红外光通过近红外石英光纤传递到光纤光谱仪。
5.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,集成式卤钨灯管还包括灯管管壳、卤钨灯座、近红外长通滤光片和灯管平凸透镜;
近红外长通滤光片和灯管平凸透镜均固定在灯管管壳下端的开口处,且近红外长通滤光片位于灯管平凸透镜的内侧;
卤钨灯座固定在灯管管壳的侧壁上,并配有伸出在灯管管壳外的接线端子
石英卤钨灯在灯管管壳内安装在卤钨灯座上;
灯管管壳的材料为表面阳极化的;灯管管壳底部球形部分的内表面覆盖有一层材料为金属铝的反射层。
6.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,集成式光纤探头包括探头外壳、正弯月透镜、探头平凸透镜和光纤法兰
正弯月透镜和探头平凸透镜固定在探头外壳下端的开口处;正弯月透镜位于探头平凸透镜的内侧;
光纤法兰固定在探头外壳的上端,所述近红外石英光纤通过光纤法兰与集成式光纤探头连接。
7.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,样品台包括底座、线性位移台、旋转位移台和样品槽;
线性位移台设置在底座上,且与底座线性滑动连接;
旋转位移台设置在所述线性位移台上,且与线性位移台转动连接;
样品槽固定在旋转位移台上,随旋转位移台转动,且随线性位移台移出底座或移至底座上;
待测样品盛放在样品槽内。
8.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,所述钨灯近红外光谱分析装置还包括外壳、散热组件和电源;
样品台、集成式卤钨灯管和集成式光纤探头固定在外壳内;光纤光谱仪位于外壳外;近红外石英光纤一端伸入外壳内与集成式光纤探头连接,另一端与外壳外的光纤光谱仪连接;
集成式卤钨灯管的数量为两个,分别位于样品台上方的左、右两侧;
散热组件散热扇和均热板;散热风扇固定在外壳内,位于集成式卤钨灯管的侧面;均热板固定套在集成式卤钨灯管上;
散热组件的数量与集成式卤钨灯管的数量相等,并一一对应;
电源固定在外壳内,电源与样品台、集成式卤钨灯管和散热风扇连接,为其供电。
9.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,S1的具体过程为:
S1.1、使用粉碎机粉碎烟草样品,粉碎机单次运行时间不超过5秒;
S1.2、将粉碎后的烟草样品过筛,网筛目数40目;
S1.3、未过筛的大颗粒烟草样品再次进行粉碎,直至所有烟草样品过筛;
S1.4、将烟草样品填入样品台,填充深度为5mm,并将烟草样品表面压平。
10.根据权利要求4所述的基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,其特征在于:
其中,S1中,所述近红外石英光纤的透过光波段为400~2400nm,光纤光谱仪的检测范围为800~1700nm;
石英卤钨灯的色温为3000K;
烟草样品的近红外光谱选取波段为900~1700nm。

说明书全文

一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法

技术领域

[0001] 本发明属于卷烟制造技术领域,涉及一种卷烟制造方法,尤其涉及一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法。

背景技术

[0002] 卷烟烟气中含有4850多种化学成分,其中焦油是主要的致癌物质,其成分组成复杂,在烟支不完全燃烧及其裂解反应过程中产生。焦油释放量的高低是评价卷烟安全性的主要指标,因此降低烟草产品燃烧时烟气中的焦油含量是烟草行业的大势所趋。目前国内外均主要从烟支滤嘴的设计上降低烟草有害成分的摄入,研究表明,通过调整烟叶的配比、添加合适的辅料以及掺用膨胀烟丝、膨胀梗丝、烟草薄片也可以有效降低卷烟燃烧产生的焦油含量。卷烟烟气中的尼古丁,即烟,是主要的成瘾性物质,逐步降低卷烟中的烟碱含量,有助于帮助吸烟者逐步降低烟瘾,直至完全戒烟。
[0003] 针对不同的烟草及烟草制品,需要首先获知烟叶中的成分信息、分辨不同加工工艺的烟丝种类,才能为卷烟原料设计提供指导,降低卷烟危害。近红外光谱包括丰富的化学键振动信息,是分析有机质组分的理想手段,具备分析速度快、对样品无损伤、分析过程环保等优点,被广泛应用于农业、食品、工业生产等领域。
[0004] 目前,基于近红外光谱分析技术的卷烟原料配比设计,从而实现卷烟减害的方法还未见报道。
[0005] 此外,现有的近红外光谱仪存在诸多问题,例如:滤光片型近红外光谱仪利用多个窄带近红外滤光片获得多个特定波长点的光强值,并建立样品浓度与特定波长光强值的关系,离散的特定波长光强相比连续的光谱,数据量小,所含信息的丰富程度低,基于此建立的样品浓度关系精确度不足;发光二极管近红外光谱仪波长数受限于发光二极管波长数,波长分辨率低,基于此建立的样品浓度关系精确度不足;光栅型近红外光谱仪成本高昂,且只是单纯的检测仪器,不包括光源、样品台等配套设备,需要额外采购;部分提供的光源也是光纤光源,出光效率较低,整体系统集成度低,使用步骤繁琐。傅里叶变换型近红外光谱仪中,干涉仪的扫描依赖机械结构,扫描周期长,且机械运动部件的存在降低了系统的长时间工作稳定性

发明内容

[0006] 本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,以克服现有技术缺陷
[0007] 为实现上述目的,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,具有这样的特征:包括以下步骤:S1、利用近红外光谱分析装置测量烟草样品的近红外反射光谱;S2、将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与还原糖、烟碱所对应的数据库,计算得到烟草样品中还原糖和烟碱的含量;将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与烟草加工工艺对应的数据库,识别得到烟草样品的类别;烟草样品的类别包括未经额外加工的烟丝和其他卷烟原料,其他卷烟原料包括烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝;S3、选取具有较低还原糖和烟碱含量的烟丝作为卷烟原料,并混入部分烟草薄片、膨胀烟丝、膨胀梗丝提高卷烟燃烧性能,减少燃烧时焦油产生。
[0008] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,S3中,作为卷烟原料的烟草的还原糖的质量分数不超过10%,烟碱含量的质量分数不超过2%。
[0009] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,S3中,烟草薄片的掺杂质量分数为5~8%,膨胀烟丝的掺杂质量分数为5~8%,膨胀梗丝的掺杂质量分数为25~35%。
[0010] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,所述近红外光谱分析装置为钨灯近红外光谱分析装置,包括样品台、集成式卤钨灯管、集成式光纤探头、近红外石英光纤和光纤光谱仪;所述样品台用于盛放待测样品;所述集成式卤钨灯管设置在样品台上方,包括石英卤钨灯,集成式卤钨灯管出射准平行的近红外光束至样品台中的样品上;所述集成式光纤探头设置在样品台上方,集成式光纤探头收集样品反射的近红外光;集成式光纤探头通过近红外石英光纤与光纤光谱仪连接,收集的近红外光通过近红外石英光纤传递到光纤光谱仪。
[0011] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,集成式卤钨灯管还包括灯管管壳、卤钨灯座、近红外长通滤光片和灯管平凸透镜;近红外长通滤光片和灯管平凸透镜均固定在灯管管壳下端的开口处,且近红外长通滤光片位于灯管平凸透镜的内侧;卤钨灯座固定在灯管管壳的侧壁上,并配有伸出在灯管管壳外的接线端子;石英卤钨灯在灯管管壳内安装在卤钨灯座上;灯管管壳的材料为表面阳极化的;灯管管壳底部球形部分的内表面覆盖有一层材料为金属铝的反射层。
[0012] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,集成式光纤探头包括探头外壳、正弯月透镜、探头平凸透镜和光纤法兰;正弯月透镜和探头平凸透镜固定在探头外壳下端的开口处;正弯月透镜位于探头平凸透镜的内侧;光纤法兰固定在探头外壳的上端,所述近红外石英光纤通过光纤法兰与集成式光纤探头连接。
[0013] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,所述钨灯近红外光谱分析装置中,样品台包括底座、线性位移台、旋转位移台和样品槽;线性位移台设置在底座上,且与底座线性滑动连接;旋转位移台设置在所述线性位移台上,且与线性位移台转动连接;样品槽固定在旋转位移台上,随旋转位移台转动,且随线性位移台移出底座或移至底座上;待测样品盛放在样品槽内。
[0014] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,所述钨灯近红外光谱分析装置还包括外壳、散热组件和电源;样品台、集成式卤钨灯管和集成式光纤探头固定在外壳内;光纤光谱仪位于外壳外;近红外石英光纤一端伸入外壳内与集成式光纤探头连接,另一端与外壳外的光纤光谱仪连接;集成式卤钨灯管的数量为两个,分别位于样品台上方的左、右两侧;散热组件散热扇和均热板;散热风扇固定在外壳内,位于集成式卤钨灯管的侧面;均热板固定套在集成式卤钨灯管上;散热组件的数量与集成式卤钨灯管的数量相等,并一一对应;电源固定在外壳内,电源与样品台、集成式卤钨灯管和散热风扇连接,为其供电。
[0015] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,S1的具体过程为:S1.1、使用粉碎机粉碎烟草样品,粉碎机单次运行时间不超过5秒;S1.2、将粉碎后的烟草样品过筛,网筛目数40目;S1.3、未过筛的大颗粒烟草样品再次进行粉碎,直至所有烟草样品过筛;S1.4、将烟草样品填入样品台,填充深度为5mm,并将烟草样品表面压平。
[0016] 进一步,本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,还可以具有这样的特征:其中,S1中,所述近红外石英光纤的透过光波段为400~2400nm,光纤光谱仪的检测范围为800~1700nm;石英卤钨灯的色温为3000K;烟草样品的近红外光谱选取波段为900~1700nm。
[0017] 本发明的有益效果在于:本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,利用近红外光谱分析装置快速获知烟草中还原糖和烟碱的含量,通过选择较低含糖量和烟碱含量的烟草作为卷烟生产原料,降低卷烟的成瘾性和燃烧时的焦油产量。同时,本方法还利用近红外光谱分析装置快速区分处未经额外加工的烟丝、烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝,通过在卷烟原料中加入烟草薄片、膨胀烟丝和/或膨胀梗丝,提高卷烟的燃烧性能,降低由于不完全燃烧产生的焦油量,降低卷烟危害。
[0018] 此外,本发明还提供了一种钨灯近红外光谱分析装置,具有系统集成度高、操作简单、检测精度高等优点。具体的,样品台包括线性位移台,可使样品槽快速移出或移入检测位置,方便操作人员装样;样品台还包括旋转位移台,可在测量过程中旋转样品槽,起到光谱平均采集的作用,提高光谱采集重复精度。同时,与发光二极管型近红外光谱仪相比,本装置提出集成式卤钨灯管,所用卤钨灯光源为黑体辐射的热光源,出射光谱为覆盖近红外全谱的连续光谱。此外,本装置的集成式卤钨灯管包括灯管平凸透镜,灯管管壳底部球形部分的内表面覆有反射层,能够使尽可能多的近红外光出射并照射到样品处,提高近红外光的利用效率;其包含的近红外长通滤光片可过滤无用的可见光部分,避免可见光热效应引起的样品中可挥发成分的含量变化,提高检测精度。
[0019] 本发明基于近红外光谱分析技术提出的卷烟减害方法,能够帮助烟草及烟草制品加工相关企业快速获得合适的低害卷烟原料配比设计方案。附图说明
[0020] 图1是本发明基于近红外光谱分析的卷烟减害方法的流程图
[0021] 图2是钨灯近红外光谱分析装置的结构示意图;
[0022] 图3是钨灯近红外光谱分析装置中样品台的结构示意图;
[0023] 图4是钨灯近红外光谱分析装置中集成式卤钨灯管的结构示意图;
[0024] 图5是钨灯近红外光谱分析装置中集成式卤钨灯管的光线传播路径图;
[0025] 图6是钨灯近红外光谱分析装置中集成式光纤探头的结构示意图;
[0026] 图7是钨灯近红外光谱分析装置中集成式光纤探头的光线传播路径图;
[0027] 图8是本发明基于近红外光谱分析的卷烟减害方法中S1的流程图;
[0028] 图9是利用钨灯近红外光谱分析装置测试未经额外加工的烟丝和烟草梗丝的光谱图;
[0029] 图10是利用钨灯近红外光谱分析装置测试未经额外加工的烟丝和膨胀烟丝的光谱图;
[0030] 图11是利用钨灯近红外光谱分析装置测试未经额外加工的烟丝和膨胀薄片的光谱图。

具体实施方式

[0031] 以下结合具体实施例和附图来说明本发明的具体实施方式。
[0032] 本发明提供一种基于近红外光谱分析的卷烟减害方法,流程如图1所示,具体包括以下步骤:
[0033] S1、利用近红外光谱分析装置测量烟草样品的近红外反射光谱。有机质的近红外光谱中包含了丰富的化学键振动信息,当近红外光束照射到样品表面,不同波长的光被吸收的程度不同,收集样品反射的近红外光,对比未经过样品的近红外光,可以得到样品的近红外吸收光谱。
[0034] S2、将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与还原糖、烟碱所对应的数据库,计算得到烟草样品中还原糖和烟碱的含量。
[0035] 具体的,可按照本领域常用方法,采用偏最小二乘回归法建立烟草近红外光谱与还原糖含量/烟碱含量的映射模型,即为烟草近红外光谱与还原糖/烟碱所对应的数据库,其中还原糖含量的测试方法按照国标《YC/T 381‑2010》,烟碱含量的测试方法按照国标《YC/T 246‑2008》。
[0036] 将近红外反射光谱导入到烟草近红外光谱与烟草加工工艺对应的数据库,识别得到烟草样品的类别。烟草样品的类别包括未经额外加工的烟丝和其他卷烟原料,其他卷烟原料包括烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝。
[0037] 具体的,利用近红外光谱分析装置测试未经额外加工的烟丝、烟草薄片、膨胀烟丝和膨胀梗丝的近红外吸收谱,经过不同工艺加工的烟草在近红外光谱上表现出不同的特征吸收,据此将各类烟草进行区别和分类。
[0038] S3、选取具有较低还原糖和烟碱含量的烟丝作为卷烟原料,并混入部分烟草薄片、膨胀烟丝、膨胀梗丝提高卷烟燃烧性能,减少燃烧时焦油产生。通过降低卷烟原料中烟碱含量降低卷烟的成瘾性,通过降低卷烟原料中还原糖含量降低卷烟中有机质占比,通过提高卷烟的燃烧性能,降低因有机质不完全燃烧产生的焦油量。
[0039] 其中,作为卷烟原料的烟草的还原糖的质量分数不超过10%,烟碱含量的质量分数不超过2%。烟草薄片的掺杂质量分数为5~8%,膨胀烟丝的掺杂质量分数为5~8%,膨胀梗丝的掺杂质量分数为25~35%。
[0040] 在一优选的实施例中,近红外光谱分析装置为钨灯近红外光谱分析装置。如图2所示,钨灯近红外光谱分析装置包括外壳1、样品台2、集成式卤钨灯管3、集成式光纤探头4、近红外石英光纤5、光纤光谱仪6、散热组件和电源8。
[0041] 外壳1为钨灯近红外光谱分析装置提供机械支撑
[0042] 样品台2固定在外壳1内,用于盛放待测样品。
[0043] 具体的,如图3所示,样品台2包括底座21、线性位移台22、旋转位移台23和样品槽24。底座21固定在外壳1内。线性位移台22设置在底座21上,与底座21线性滑动连接。具体的,线性位移台22可通过线性位移滑轨221与底座21连接。旋转位移台23设置在线性位移台
22上,与线性位移台22转动连接。样品槽24固定在旋转位移台23上,随旋转位移台23转动,同时随线性位移台22移出底座21或移至底座21上。待测样品盛放在样品槽24内。
[0044] 样品台2中,底座21作为样品台2整体的支撑,并与外壳1固定在一起。线性位移台22用于使样品槽24产生横向位移,使样品槽24移出装置中,方便填装待测样品。旋转位移台
23用于使样品槽24旋转,测量过程中通过旋转样品槽24可以降低应样品填充不均匀带来的误差。样品槽24用于盛放待测样品。
[0045] 集成式卤钨灯管3固定在外壳1内,位于样品台2上方,集成式卤钨灯管3出射准平行的近红外光束至样品台2中的样品上。
[0046] 具体的,集成式卤钨灯管3的数量为两个,分别位于样品台2上方的左、右两侧。如图4所示,集成式卤钨灯管3包括灯管管壳31、石英卤钨灯32、卤钨灯座33、灯管平凸透镜34和近红外长通滤光片35。灯管平凸透镜34和近红外长通滤光片35均固定在灯管管壳31下端的开口处,近红外长通滤光片35位于灯管平凸透镜34的内侧。卤钨灯座33固定在灯管管壳31的侧壁上,并配有伸出在灯管管壳31外的接线端子331。石英卤钨灯32在灯管管壳31内安装在卤钨灯座33上。灯管管壳31为表面阳极氧化的铝制外壳。灯管管壳31的底部球形部分内表面覆盖有一层金属铝,作为反射层311。
[0047] 集成式卤钨灯管3中,灯管平凸透镜34用于将石英卤钨灯32出射的发散的光束转化为准平行光。近红外长通滤光片35用于将石英卤钨灯32出射光中的可见波段光滤除,只允许近红外波段光束透过。灯管管壳31为表面阳极氧化的铝制外壳1,用于限制石英卤钨灯32的出射光方向,并吸收石英卤钨灯32的热辐射。灯管管壳31底部球形部分内表面的金属铝反射层311能够将石英卤钨灯32背向射出的光线反射向集成式卤钨灯管3的出光口,提高光束的利用率。卤钨灯座33用于为石英卤钨灯32提供机械支撑。接线端子用于固定石英卤钨灯32的灯脚,使之与外界电源8线连接。石英卤钨灯32用于出射可见至近红外波段波长连续的光束。
[0048] 如图5所示,集成式卤钨灯管3中光线传播的路径为:正向出射的光束经过近红外长通滤光片35滤除可见光之后经灯管平凸透镜34准直出射,背向出射的光束经过反射层311反射后,再经近红外长通滤光片35滤除可见光之后经灯管平凸透镜34准直出射。
[0049] 集成式光纤探头4固定在外壳1内,位于样品台2上方,集成式光纤探头4收集样品反射的近红外光。
[0050] 具体的,如图6所示,集成式光纤探头4包括探头外壳41、正弯月透镜42、探头平凸透镜43和光纤法兰44。正弯月透镜42和探头平凸透镜43固定在探头外壳41下端的开口处,正弯月透镜42位于探头平凸透镜43的内侧。光纤法兰44固定在探头外壳41的上端,用于连接近红外石英光纤5。具体的,光纤法兰44为SMA905光纤法兰。
[0051] 集成式光纤探头4中,探头外壳41用于为集成式光纤探头提供机械支撑。光纤法兰44用于与近红外石英光纤5连接。正弯月透镜42与探头平凸透镜43组合,对样品反射出的近红外光线进行收集,会聚到光纤法兰44处,入射到近红外石英光纤5中,正弯月透镜42和探头平凸透镜43的组合使用可以得到比单独使用探头平凸透镜43更小的会聚光斑。
[0052] 如图7所示,集成式光纤探头中光线传播的路径为:入射的经样品反射的近红外光,经过探头平凸透镜43被会聚,经过正弯月透镜42被进一步会聚,会聚光斑传输到光纤法兰44,入射到近红外石英光纤5中。
[0053] 集成式光纤探头4通过近红外石英光纤5与光纤光谱仪6连接,集成式光纤探头4收集的近红外光通过近红外石英光纤5传递到光纤光谱仪6。具体的,近红外石英光纤5通过光纤法兰44与集成式光纤探头4连接。光纤光谱仪6用于将通过近红外石英光纤5入射的经样品反射的近红外光色散后转换为电信号,传输给电脑。
[0054] 光纤光谱仪6位于外壳1外。近红外石英光纤5一端伸入外壳1内与集成式光纤探头4连接,另一端与外壳1外的光纤光谱仪6连接。
[0055] 如图2所示,散热组件包括散热风扇71和均热板72。散热风扇71固定在外壳1内,位于集成式卤钨灯管3的侧面。均热板72固定套在集成式卤钨灯管3上。散热组件用于给集成式卤钨灯管3散热。散热组件的数量与集成式卤钨灯管3的数量相同,并一一对应。
[0056] 电源8固定在外壳1内,电源8与样品台2、集成式卤钨灯管3和散热风扇71连接,为其供电。
[0057] 本钨灯近红外光谱分析装置的工作原理为:待测样品盛放在样品台2中,集成式卤钨灯管3出射准平行的近红外光束至样品台2中的样品上,集成式光纤探头4收集样品反射的近红外光,收集的近红外光通过近红外石英光纤5传递到光纤光谱仪6,光纤光谱仪6将经样品反射的近红外光色散后转换为电信号,传输给电脑。
[0058] 基于本钨灯近红外光谱分析装置的S1的具体过程为:
[0059] S1.1、使用粉碎机粉碎烟草样品,粉碎机单次运行时间不超过5秒,防止粉碎机过热使烟草中挥发性物质流失。
[0060] S1.2、将粉碎后的烟草样品过筛,网筛目数40目,从而控制待测样品颗粒的粒径,只有当粒径基本一致时,才能保证待测样品表面的散射系数近似一致,此时样品反射的近红外光强与样品中组分的含量成比例关系,可以用于近红外光谱定量分析。
[0061] S1.3、未过筛的大颗粒烟草样品再次进行粉碎,直至所有烟草样品过筛,从而保证待测样品所有部分均用于近红外光谱定量分析。
[0062] S1.4、将烟草样品填入样品槽,填充深度为5mm,并将烟草样品表面压平。填充深度为5mm的目的是保证近红外光不会穿透待测样品的前提下尽可能节约样品的使用量,将样品表面压平的目的是保证待测样品表面散射系数近似保持不变,以便进行近红外光谱分析。
[0063] 近红外石英光纤的透过光波段为400~2400nm,光纤光谱仪的检测范围为800~1700nm。石英卤钨灯的色温为3000K。烟草样品的近红外光谱选取波段为900~1700nm。
[0064] 利用钨灯近红外光谱分析装置测量未经额外加工的烟丝和膨胀梗丝的近红外光谱,并对其做二阶微分的谱图,结果如图8所示,两者在1420nm、1500nm和1700nm处有显著区别,因此,利用钨灯近红外光谱分析装置可以区分未经加工的烟丝和膨胀梗丝。
[0065] 利用钨灯近红外光谱分析装置测量的未经额外加工的烟丝和膨胀烟丝的近红外光谱,并对其做二阶微分的谱图,结果如图9所示,两者在1420nm、1500nm和1700nm处有显著区别,对比膨胀梗丝和膨胀烟丝的近红外光谱,膨胀烟丝对1420nm特征波长的近红外光吸收更小,并且在1700nm处对近红外光的吸收更小。因此,利用钨灯近红外光谱分析装置可以区分未经加工的烟丝和膨胀烟丝。
[0066] 利用钨灯近红外光谱分析装置测量的未经额外加工的烟丝和烟草薄片的近红外光谱,并对其做二阶微分的谱图,结果如图10所示,两者在1420nm、1480nm和1540nm处有显著区别,对比烟草薄片、膨胀梗丝和膨胀烟丝的近红外光谱,烟草薄片对1420nm特征波长的近红外光吸收较强,在1480nm和1540nm处表现出特征性的吸收,并且在1700nm处相比没有特征性的吸收。因此,利用钨灯近红外光谱分析装置可以区分未经加工的烟丝和烟草薄片。
[0067] 利用本发明基于近红外光谱分析的卷烟减害方法(S1和S2)测量的44个待测烟草样品的还原糖含量,结果如表1所示。选取其中还原糖含量较低的烟草作为卷烟原料,可以降低卷烟中有机质占比,减少产生焦油的来源。
[0068] 表1
[0069]
[0070]
[0071] 利用本发明基于近红外光谱分析的卷烟减害方法(S1和S2)测量的44个待测烟草样品的烟碱含量,结果如表2所示。选取其中烟碱含量较低的烟草作为卷烟原料,可以降低卷烟中成瘾性物质占比,降低卷烟对人体的危害。
[0072] 表2
[0073] 编号 烟碱含量wt% 编号 烟碱含量wt% 编号 烟碱含量wt%1 1.75 16 0.82 31 1.47 
2 0.90 17 3.18 32 3.12 
3 4.16 18 3.60 33 2.25 
4 2.64 19 1.03 34 2.42 
5 1.62 20 0.78 35 2.36 
6 0.86 21 2.62 36 1.87 
7 4.04 22 1.99 37 1.90 
8 2.20 23 2.34 38 2.40 
9 1.65 24 2.08 39 0.84 
10 2.94 25 2.33 40 2.39 
11 2.74 26 2.51 41 2.17 
12 2.20 27 1.75 42 1.05 
13 1.97 28 1.75 43 2.65 
14 2.07 29 0.74 44 3.67
15 2.54 30 1.61    
[0074] 在本发明中,除非另有说明,否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。并且,本文中所用的试剂、材料和操作步骤均为相应领域内广泛使用的试剂、材料和常规步骤。
[0075] 需要注意的是,发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
[0076] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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