（分析化学专业论文）烤烟的近红外定量研究和生物碱的流动注射化学发光法分析.pdf

郑州大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着近红外硬件、计算机硬件以及应用数学等方面技术 的飞速发展，近红外检测技术的精度不断提高。应用近红外光谱技术 研究分析烟草的有关理化性质，已逐渐进入实际应用研究阶段。相对 于目前推行的烟叶主要化学成分分析的标准方法而言，近红外技术在 检测速度和能力等方面具有明显的优势。国家烟草专卖局将应用近 红外检测技术快速测定烟叶主要化学成分( 2 0 项指标) 的研究列 入2 0 0 3 年烟草科学研究与技术开发项目计划( 第一批，国烟科 2 0 0 3 】5 4 2 号) 。因此本论文主要围绕上述开展工作， 对我国河南、 山东、云南等地的烤烟样品( 共8 5 个) ，利用b r u k e r 公司生产的m p a 型傅立叶变换近红外光谱仪，在考查了样品的代表性，和样品集的数 量对建立模型的影响，以及优化了预处理方法和谱区范围后，比较成 功的建立了烤烟中主要化学成分总糖，还原糖，烟碱，总氮，氯的近 红外快速定量分析模型，总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯定标均方差 分别为1 1 0 、o 5 2 、o 2 0 、o 0 7 、o 0 4 、o 7 5 ，定标相关系数分 别为9 0 8 2 、9 7 6 0 、9 1 4 6 、9 3 7 l 、9 5 2 8 ，应用于未知样品预测，其相对 标准偏差分别为o 6 一6 ，0 6 3 6 ，1 5 6 5 ，0 1 9 ，1 6 9 1 ， 结果较为满意。为近红外在这些化学成分中的应用做了有意义的探 索。 生物碱一般都具有生理活性，在临床，药代动力学以及药物研发 中具有重要意义，化学发光具有灵敏度高，分析速度快，操作简单等 优点，将其应用于生物碱类药物分析不仅有理论意义，还有重要的实 际意义，本文建立了烟碱，秋水仙碱，清藤碱的鲁米诺过氧化氢和 高锰酸钾一甲醛流动注射化学发光体系测定新方法，并展开了详细讨 论， 对1 0 羟基喜树碱的流动注射化学发光测定研究做了初步探讨。 得到了以下结论： 1 依据烟碱在酸性条件下对鲁米诺过氧化氢体系的化学发光强 度有较强的增敏作用，首次建立了烟碱的化学发光测量方法。其线性 范围为1 1 0 一- 1 1 0 4 9 l 检测限为6 0 1 0 一g l ，相对标准偏差为 3 7 。用此方法成功测量了山东沂水b 3 f 片烟中烟碱的含量，回收率 为9 6 9 8 ，结果令人满意。 2 鲁米诺一过氧化氢生物碱化学发光体系可以用于秋水仙碱、青 藤碱、1 0 羟基喜树碱的测定，线性范围为1 1 0 - 51 1 0 3 9 l ，1 x 1 0 一1 1 0 一g l ，1 1 0 - l x l 0 g l ，相对标准偏差为4 3 ，4 7 ，3 5 ，最小检 测限为3 1 0 一g l ，5 1 0 一g l ，2 1 0 - 5 9 l ，对于秋水仙碱和青藤碱的实际 样品进行测定，其回收率分别为9 4 1 0 3 ，9 5 9 7 。结果较为满意。 3 高锰酸钾一甲醛一生物碱化学发光体系可以用于秋水仙碱、青藤 郑州大学硕士学位论文 碱、1 0 羟基喜树碱的测定，线性范围为1 x 1 0 - 4 _ 1 1 0 7 9 l ，1 1 0 - 3 _ 1 x 1 0 。7 9 l ，1 1 0 - 4 _ 4 1 0 g l ，相对标准偏差为3 1 ，3 6 ，2 2 ，最小检测 限为5 x 1 0 g l ，5 1 0 g l ，4 x 1 0 g l ，对于秋水仙碱和青藤碱的实际样 品进行测定也取得了满意的效果，其回收率分别在9 5 1 0 2 ， 9 6 1 0 4 。 关键词：近红外；烟草；定量分析：生物碱；流动注射；化学发光 v 塑型查兰堡主兰垡笙壅 一 a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t ht h eh i g hd e v e l o p m e n to fa p p l i e dm a t h e m a t i c sa n dh a r d w a r eo f n i r sa n dc o m p u t e r t h ep r e c i s i o no fn i r sd e t e c t i o ni si m p r o v i n g s ot h ee x a c t a n a l y s i so c o r r e l a t i r eq u a l i t i e so ft o b a c c ow i t hn i r sb e c o m e sf e a s i b l e c o m p a r e d w i t ht h ei m p l a n t i n gs t a n d a r dm e t h o d so fp r i m a r yc o m p o n e n t si nt o b a c c o n t sh a s a p p a r e n ta d v a n t a g eo ff a s td e t e c t i o na n dc a p a c i t y t h eb u r e a uo fn a t i o n a lt o b a c c o m o n o p o l i z a t i o nh a sp u tt h ep r o g l a mo ff a s td e t e r m i n a t i o no fs o m ec o m p o n e n t s c o n t e n ti nt o b a c c oo nt h ea g e n d a a c c o r d i n gt ot h i s t h i sr e s e a r c hm a i n l yd e a l sw i t h t h ec o n t e a ta n t i c i p a t i o no ff i v ec o m p o n e n t si nf i u e 。c u r e dt o b a c c ob yu s i n g f r _ n i r s a f t e rt h er e p r e s e n t a t i o na n dn u m b e r so fs a m p l e aa r ee x a m i n e d a n dt h e o p t i m i z a t i o n o fd i f i e r e n t p r e t r e a t m e n t m e t h o d sa n dd i f f e r e n t t a l l g e o f s p e c t r u m ，f o r e c a s tm o d e l sf o rt o t a ls u g a r ，d e o x i d i z es u g a r , n i c o f i n a m i d e ，t o t a l n i t r o g e na n dc h l o r i nh a v eb e e ns e tu pr e s p e c t i v e l y , t h er m s e c va r e1 1 0 、 0 5 2 、0 2 0 、0 0 7 、0 0 4 、0 7 5 t h e i rc o r r e l a t i v ec o e f f i c i e n ta r e 9 0 8 2 、9 7 6 0 、9 1 4 6 、9 3 7 1 、9 5 2 8 a n dg o o df o r e c a s tr e s u l t sa r ea c h i e v e dw i t h u n k o w ns a l e i p l e s t h er a n g eo fr s da r e0 6 6 ，0 6 3 6 ，1 5 6 5 ， 0 一1 9 ，1 6 - 9 1 r e s p e c t i v e l y m o s ta l k a l o i d sh a v eb i o l o s i ca c t i v i t y s ot h ee x a c ta n dq u i c kd e t e r m i n a t i o no f t h e i rc o n t e n ti si m p o r t a n t d u et oi t sh i 【g hs e n s i t i v i t y ，s i m p l i c i t ya n dr e l a t i v e l yl o w c o s t ，c h e m i l u m i n e s c e n c “c l ) a n a l y s i sh a sb e e nw i d e l yu s e di na l k a l o i d s , t h i sp a p e r d e a l sw i t ht h ef o l l o w i n gt w os y s t e m sa se x a m p l e st oi n v e s t i g a t et h ea p p l i c a t i o n so f c la n a l y s i si na l k a l o i d o n es y s t e mi sa l k a l o i d 1 u m i n o l - p e r o x i d e 皿eo t h e rj sa l k a l o i d p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e f o r m a l d e h y d e ，t h e s en e wm e t h o d sw i t hf l o w i n j e c t i o n c lf o rn i c o t i n a m i d e ，c o l c h i c i n a s 。s i n o m e n i n eh a v eb e e nd e v e l o p e da n dt h ep r o p e r t i e s o ft w os y s t e m sa r ed i s c u s s e db yu s i n go p t i c sm e a s u r e ，a n dt h ec o n e l u 【s i o na r e f o l l o w i n g ： 1 a sr d c o t i n a m i d ec a ni n c r e a s et h ei n t e n s i t yo fl u m i n o l p e r o x i d es y s t e m ，a f l o w i n i e c t i o nc lm e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fn i c o t i n a m i d ei sd e v e l o p e d ，t 1 1 el i n e r a n g ei s1 1 0 。1 l o 4 9 l n l el i m i to fd e t e c t i o ni s6 0 1 0 - 9 p l ，r s di s3 7 t h e s a m p l eo fs h a n d o n gy i s h u ii sd e t e r m i n e d , t h e p w - o v e r yi s9 6 一9 8 2 a l k a l o i d 1 u m i n 0 1 p e r o x i d es y s t e mc a nb eu s e dt od e t e r m i n et h ec o n t e n to f c o l c h i c i n e ，s i n o m e i n i n e 1 0 - h y d r o x y c a m p t o t h e c i n e n el i n er a n g ei s1 1 0 。- 1 1 0 。g l ，1 1 0 - 5 - 1 1 0 七g ，k1 1 0 1 1 0 2 9 l , r s di s4 3 ，4 7 ，3 5 。t h el i m i to fd e t e c t i o ni s3 10 3 9 l ，5 10 - 。g i 2 1 旷g l 1 cs a m p l eo fc o l c h i c i n e ，s i n o m e l n i n ea r ed e t e r m i n e d , t h e r e c o v e r yi s9 4 1 0 3 ，9 5 - 9 7 3 a 1 k a l o i d p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e f o r m a l d e h y d es y s t e mc a nb eu s e dt o d e t e r m i n et h ec g n t e n to e o t c h i c i n e ，s i n o m c i n i n e t 0 - h y d r o x y c a m p t o t h e c i n e t k cl i n er a n g ei si v i 郑州丈学硕士学位论文 1 0 4 1 1 0 。2 9 l ，1 x 1 0 3 1 1 0 i 2 9 ，l1 l 酽4 1 0 2 9 i ，r s d i s3 1 ，3 6 ，2 2 ，t h e l i m i t o fd e t e c t i o ni s5 1 0 。5 9 l ，5 1 0 以4 l f f 5 9 lt h es a m p l eo f c o l c h i c m e ，s i n o m e i n i n ea r c d e t e r m i n e d ，t h er e c o v e r yi s9 5 - 1 0 2 ，9 6 1 0 4 。 k e y w o r d s ：n i r s ；q u a n t i t ya n a l y s i s ；f l u e c u r e dt o b a c c o ；a l k a l o i d ； c h e m i l u m i n s c e n c ea n a l y s i s v i i 郑州大学硕士学位论文 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没 有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿 意承担由此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ： 2 0 0 5 年月日 郑州大学硕士学位论立 第一部分烟草中主要化学成分的n i r s 定量分析研究 第一章前言 近红外( n e a ri n f r a r e ds p e c t r o s e o p y s 。n 1 r s ) 谱区是指波长范围介干可 见区( v i s ) 与中红外区( m l r ) 之问的电磁波，按美国实验和材料协会( a s t m ) 规定，其波长范围为7 0 0 2 5 0 0 n m n i r s 常被化分为短波近红外r s w n i r s ) 和 k = 波近红外( l w - n i r s ) ，其波段范围分别为7 0 0 1 1 0 0n m 和1 1 0 0 - - 2 5 0 0n m 。 n i r s 区的吸收主要由c h 、0 一h 、n h 和c = 0 等基幽的台频吸收与倍频吸收 组成。此区的吸收特点为：吸收峰强度弱、谱带复杂、重叠严重，经典的定性、 定量方法在此无法应用，而须借助化学计量学中的主成分分析、线性回| 闩、聚 类分析等方法定标，将其所含的信息提取出来，建立合适的定标模型来实现快 速多组分分析an i r s 光谱分析技术足光谱测量技术与化学计量学学科的有机 结合，分析过程的高效和绿色化又使其具有典型的现代分析特征，与以往的化 学或物理分析方法相比具有以f 的优点：( 1 ) 无需复杂的样品前处理，不用 试剂，省去制备时问并且无污染；( 2 ) 对样品不形成破坏，测试时间短，及 时显示结果，反映工艺流程的现状。无后处理问题；( 3 ) 可通过光纤实现远 距离测量，用丁寅时在线检测( 质量过挫控制) ，操作安全i ( 4 ) 可在同一时 间完成样品的多种不同物理性质及化学性质分析，因此n i r s 也称为无损分 析法、绿色分析技术，成为近年来发展迅速、引入注目的光谱分析技术。 1l 近红外光谱特征 n i r s 属分子振动光谱，是基频分子振动的倍频和组合频，主要反映了含 氢基团( 如c h ，o h ，s h ，n h 等键) 的特征信息，n i r s 谱带强度比较 弱，但从菜种意义上讲，现代n i r s 应用技术在许多领域中之所以能够得到 高度发展，是与n i r s 这一特点是分不开的：由丁含氢基团的倍频或组合频 谱带主要出现在7 0 0n m 1 9 0 0 l l m 的n i r s 区，而其它化学基团对该区域的影 响较小因此，从n i r s 光漕可以提取含氢基团物质的丰富而相对干扰少的 光谱信息。另一方面n i r s 光谱谱带严重重叠。这对于组成复杂的样品体系， 依靠光谱常用定量方法分析是很困难，甚至不可蘸，这也是在8 0 年代前n 1 r s 分析应用发展停滞的主要原因之一。化学计量学出现后，较好地解狄了这些 问题，n i r s 分析才找得到了厂泛应用。 1 2 n i r s 光谱定量分析 n i r s 光谱包肯了样品的大量组成结构信息，而样品的性质与其组成结构 是相关的，凶此根据样品n i r s 光谱可以预测样品的性质数据，其技术关 键在于在两者之问建立一种定量关系，依靠这种定量关系，就能从未知样品 的n i r s 光谱求出其性质或组成数姑。近年来发展起来的化学计量学方_ 盍， 如逐步多元线性回归( s m l r ) 、主成分分析( p c a ) 、主成分回归( p c r ) 、 偏最小二乘法( p l s ) 人工神经网络( a n n ) 等，可以用来建立复杂体系的光谱 分析模型而不致产生较大偏差，它们涉及了大量矩阵复杂数学运算难以靠 人丁计算实现，因此，只有在8 0 年代后计算机技术有了很大发展，这些数学 郑州大学硕士学位论文 方法才获得了广泛应用。其中，最常用的是p l s i 算法，也有使用拓扑学方法 ( t o p l o g i c a l ) 的报道对复杂体系分析，该方法比化学计量学方法更有效【”。 1 3n i r s 光谱定性分析 在定性分析上，主要是用于样品类别鉴定和纯度鉴定等，依靠的是化学计 量学方法。如p c a 、p l s 2 和聚类分析方法，其原理也是首先选取具有代表性 的一系列样品作为校正样品集，分别测定其n 1 r s 光谱，和其组成以及有关 性质数据，采用上述方法将光谱数据和组成或性质数据关联，建立模型。对 未知样品定性分析时，先取得未知样品的n i r s 光谱，再使用已有的模型， 完成未知样品的定性分析。 1 4 n i r s 的发展概况 1 8 0 0 年，h e r s c h e l 首次发现了n i r s 光谱区，1 9 0 0 年前后，n i r s 光谱 仪器使用玻璃棱镜和胶片记录器，其光谱范围局限7 0 0 n m 一1 6 0 0n m 。5 0 年代 的商品n i r s 光谱仪使用硫化铅光敏电阻作检测器，其波长范围能延伸至3 0 0 0 n m ，能用于定量分析，但由于n i r s 消光系数低和谱带宽而解析困难，该技 术并没有获得广泛应用。6 0 年代，k a r ln o r r i s 使用漫反射技术对麦子水分、 蛋白和脂肪含量进行研究，发现了n i r s 光谱用于常规分析的实用价值。随 计算机发展和化学计量学( c h e m o m e t r i c s ) 诞生，n i r s 和化学计量学结合产 生了现代n i r s 光谱学1 2 6 1 ，n i r s 最先应用于农业领域。8 0 年代，光谱仪器 制作和计算机技术水平有了大的提高，n i r s 被广泛应用于有机物 7 - 1 0 l 、肉制 品【“1 ”、饮料 1 62 0 1 、大气颗粒物1 2 1 1 、医学 2 2 - 2 8 、染料【2 “、水分测定( 2 7 - 2 9 1 、 食物1 3 0 - 3 7 1 、农业 3 8 - 4 1 1 、混合物 4 2 - 4 3 1 、植物1 4 4 - 4 7 】、氮基酸 4 8 1 、药物赋形荆1 4 9 i 、 饲料”4 6i 、纺织 5 7 l 、废弃物分类 5 8 】、矿物 5 9 1 等方面，近几届匹司堡分析仪 器会议上，n i r s 己成为红外光谱分析报道的热点。 1 5 n i r s 光谱分析仪器的进展 n i r s 仪器已经经历了5 0 年的发展，其性能得到不断的提高。早期的仪 器主要是滤光片式仪器。在粮食和食品分析中应用较多。测试都是在u v v i s 区域的延伸，再配适当的近红外检测器。6 0 年代末，随着n i r s 在农产品 分析中应用的增多，1 9 7 1 年d i c k e y j o h n 公司推出了第一台专用于近红外反 射分析的商业化仪器。n i r s 光谱的应用是在8 0 年代末活跃起来，当时中红 外光谱仪仪器制作水平己相当精湛，其中以傅立叶光谱仪为主流产品。因此， n i r s 光谱仪制作往往是借助于现有中红外光谱仪的基础，作个别部件的调整 而已，如国际上一些主要红外光谱仪生产厂家：d i g i l a h 、b r u k e r 、n i c o l e t 、 i b m 、p e r k i ne l m e r 、b o m e n 、a n a l e c t 、岛津、j e o l 等，都有相应的类似形 式的n i r s 光谱仪产品，其波长范围大多为长波n 1 r s 。而对短波n i r s 光谱 仪，许多仪器往往是紫外可见光光度计产品在波长范围作延伸得到，这种情 况下，常常不能对n 1 r s 部分进行优化。随着n i r s 应用的发展，n i r s 光谱 仪已逐渐向专用化发展。 1 5 1 滤光片型近红外光谱仪 这类可以分为固定滤光片和可调滤光片两种，测量时首先要根据样品的 光谱特征选择合适的滤光片，光源发出的光经滤光片后通过测样部分与样品 作用。主要特点是简单，成本低，耐用，但只能在单一波长下测定，灵活性 差，测量误差大。其检测波长一般在长波近红外区，定量方法多为一元或多 元线性回归。 郑州大学硕士学位论文 1 5 2 扫描式n i r s 光谱仪 扫描式n i r s 光谱仪通常采用光栅分光，通过光栅的转动，使得到的单 色光在不同时间依次通过样品池后，最后进入检测器被检测。这类仪器的特 点是可进行全谱扫描，分辨率高，其弱点是光栅的机械轴长时间使用容易磨 损，影响波长的精度和重现性，抗振性差，不适合做在线分析。其定量分析 常用的方法有多元线性回归( s m l r ) ，主因子回归( p c r ) ，偏最小二乘等 ( p l s ) ，为了提高结果准确度，前人在谱图的预处理和仪器的标准化上面作 了大量的工作 6 0 】 1 5 3 傅里叶变换近红外光谱仪器 这类光谱仪所运用的傅里叶变换技术是通过机内的迈克尔逊干涉仪动镜 的匀速运动把待分析光变成干涉光( 干涉图) ，机内的计算机采集干涉图的数 据，通过傅里叶变换，把干涉图变换成光谱图。由于干涉光提供了很高波长 分辨率的全光谱，因此傅里叶变换后的信号提供了较其他类型仪器通常所能 达到的更高信噪比。与传统色散型光谱仪相比，不使用色散元件分光，具有 扫描速度快的特点，光能利用率高，输出能量大，短时间内可进行多次扫描， 同时由于信噪比和灵敏度都较高，对微量或透射率低的样品检测有利。其缺 点是干涉仪中有移动性部件，需要较稳定的工作环境，最近的f t n i r s 作了 改进，消除了移动部件的需要，减少了对震动，温度和湿度的敏感性。提高 了使用性。定量和定性分析采用全谱校正技术。 1 5 4 固定光路n i r s 光谱仪 固定光路n i r s 光谱仪造价低，仪器结构简单，无可动部件，具有抗干 扰性强，对环境条件要求不高，现代固定光路n i r s 光谱仪，使用了全息光 栅分光，可以获得很好的分辨率，足以满足绝大多数分析要求；它使用多道 阵列检测器对所有波眭的单色光同时检测，扫描速度比傅立叶型光谱仪还快 几个数量级，在瞬间内可以完成几十次或上百次扫描，使用信号累加平均使 噪音降低，检测器也具有很高的灵敏度，因此，可以获得很好的信噪比，还 有一种较新型的仪器是利用二氧化锑晶体分光，通过微波作用晶体进行光谱 扫描，其波长范围为9 0 0 1 7 0 0l l m ，整个仪器无机械可动部分，适合现场分析。 1 5 5 声光近红外光谱 这类仪器包括声光调谐滤光器( a o t f ) 和声光调谐扫描( a o t s ) 两种 形式，工作原理是根据各向异性双折射晶体的声光衍射原理，采用t e 0 2 徽双 折射晶体使声光作用有极高的声光优值，提高了声光器件的性能，其特点是 无机械移动部件，测量速度快，精度高，准确性好，可长时间工作。被认为 是9 0 年代n 1 r s 最突出的进展。 总的来说，n i r s 光谱仪已作得更为小型化，以适应户外分析和专用分析； 相关的附件也得到了很大的发展，光纤技术的应用大大拓展了进红外的应用 范围，此外，n i r s 光谱仪都配有化学计量学定量软件，包括了上述n i r s 分 析常用的定量和聚类数学方法。国内n i r s 仪器发展较晚，许多单位和公司 也正在积极研制n i r s 光谱仪器产品 6 1 - 6 2 】，目前从性能各方面距商品化还有 段距离，但进展很快，如国内专利已公开了石油化工科学研究院研制的 c c d n i r s 光谱仪技术，其技术新颖性尚属最先报道( 6 ”，还有汽油性质测定 方法研究也有了报道卜”。 1 6 n i r s 测量的原理和步骤 1 6 1 测量原理 郑州大学硕士学位论文 n i r s 区由于频率较高，因此分子对其吸收主要是分子振动的倍频吸收和 合频吸收。由于c h 、n h 、0 h 等含氢基团的吸收频率特性在近红外区域特 别强，且比较稳定，所以近红外技术比较适合分析天然产物中与这些基团有直 接或间接关系的有关成分，如烟叶中的糖、烟碱等化学成分。当检测光源投向 烟叶粉末时，将在其表面和内部产生漫反射，经检测器即得到该烟样的近红外 漫反射光谱，由于不同烟叶的成分不同，对近红外吸收作用不同，近红外反射光 谱也不会完全一样。 1 6 2 测量步骤 应用烟叶的化学成分含量与近红外光谱曲线间的关系，可以建立起相应 的关系模型。近红外定量分析主要有以下步骤： 1 6 2 1 校正模型训练集样品的选择 建立校正模型训练集的样品能函盖以后要分析样品的范围，一个理想的 训练集应该包括尽量多的具有代表性的样本，至少耍有1 0 1 5 个样本，有时 必须建立两种模型( 宽范围和窄范围) 。 1 6 2 2 用标准方法来测定样品的物理化学性质。 1 6 2 3 测量光谱数据 对训练集样品或未知样本测量时，实验条件应尽量保持一致，如果有可 能，进行训练集样本的光谱测定最好不在同一时间进行。 1 6 2 4 光谱的预处理 包括噪音消除、归一化处理、数据筛选、标准化处理、光谱范围的优化 选择等 1 - 6 2 5 建立校正模型 对于近红外，采用多波长甚至全谱的光谱数据建立校正模型，一般采用 偏最小二乘法来建模。 1 6 2 6 校正模型的验证 ( 1 ) 残差( e ) 残差= 已知值测定值 ( 2 ) 相关系数( r ) r = y ：预测值 y b ：用标准方法测定的结果 见：y b 的平均值 ( 3 ) 校正模型集样本的标准差 舾c = n ：建模用的样本数 m ：独立变量数 1 6 2 7 分析样品 未知样品的分析过程也是在相同的条件下，测量光谱，进行与校正样品 集相同的预处理，然后通过已有的校正模挚来预测其化学性质。但所得模型 4 郑州大学硕士学位论文 是否适用于未知样品，是能否得到准确预测结果的关键，如果不在原来建立 模型的范围内，该样品成为界外点，如果该点偏离原来的模型不是太远，可 以加入原训练集，重新建模。 其具体分析流程如下所示 1 7 近红外在烟草行业中的应用 由于n i r s 光谱所反映的o - h 键信息强、稳定。因此在烟草行业中，用近 红外测定水分含量应用广泛。如n d c 红外技术公司生产出世界上第一台近红 外在线烟草水分监测感应器t m 5 5 e ，随后生产的升级产品t m 5 5 e s p l u s 的技 术资料称，在0 - 5 5 范围内可输出线性信号，对烟丝测量精度为0 1 并可 普遍用于打叶复烤和制丝的各个工艺。日本烟草公司也研制出商用手持式烟 草水分n i r s 测定仪。张铁强【6 刮等利用水分子对1 9 4 u m 红外辐射有明显吸 收，而对1 8 1 u r n 红外辐射几乎不吸收，研制了一种检测烟丝中含水量的仪 器，结果测量精度令人满意。m c c l u r e 6 6 1 等研制的手持式近红外光谱仪，设计了 安装有7 个滤光镜的滤光轮，可以转动以测量烟叶中的烟碱和糖分。1 9 9 0 年，r e y n o l d s 烟草公司申请了用n i r s 在线检测烟草薄荷醇含量的技术1 6 7 i ，此 郑州大学硕士学位论文 方法可以在烟草保持一定进料速度的情况下进行测定。随后，该公司又使用 n i r s 技术监测烟草中的异物( 如塑料等有机物粒子) ，并申请了专利p 。n i r s 也可用于烟叶分类。m c c l u r e i ”j 等对产自1 6 个国家的1 6 0 0 多个样品进行了基 于n i r s 光谱的分类研究，采用适当的数学方法建模后，对烟叶所属的品种或不 同产地均得到了1 0 0 的正确判别结果。用近红外光谱对烟草样品进行定量分 析是目前国际烟草界的一个热门课题 7 0 - 7 ”。国内，陈达等 7 2 】针对烟草样品的 近红外光谱与其总糖含量非线性相关的特点，提出了一种混合算法用于建立 近红外光谱的非线性模型。从而为建立非线性模型提供了一种快速、准确的 算法，可用于烟草样品总糖吉量的定量分析。张建平 7 ”，王东丹【7 ”，赵龙莲1 7 5 】 等人用进红外对烟草中一些化学成分进行了应用研究，王芳1 7 6 l 等采用偏最小 二乘法建立了近红外光谱与卷烟样品常规成分之间的关系模型，该模型可用 于卷烟样品常规成分含量的预测。庞代文等正在进行利用n i r s 谱图特征峰 及化学成分进行计算机辅助烟叶配方设计的研究，并取得了阶段性进展 7 7 】， 陈祖刚1 7 副对近红外光谱分析技术及其在烟草行业中的应用进展做了综述。 此外，很多卷烟厂在原料选择、进厂过程、生产过程、工艺调整、销售 过程中对卷烟产品的监督作用采用了近红外分析技术，取得了满意的结果， 得到欢迎和认可，成为卷烟厂不可缺少的质量控制测试仪器。尽管它还存在 各种不足，而且其使用及待开发的项目还很多，如可以进行卷烟感官质量评 测及焦油的测定等等。但是随着近红外技术的不断完善和深入，它必将成为 整个烟草行业更加有力的分析工具。 6 郑州大学硕士学位论文 第二章烤烟中主要化学成分的近红外定量分析研究 2 1引言 2 0 世纪7 0 年代。国外农业分析学家综合计算机技术、光谱分析、仪器 技术和现代数学方法，首先把近红外分析技术应用于农产品和食品的品质分 析。9 0 年代以后，逐步扩展到烟草、石油化工、医药、纺织品等领域。特别 是增加光通量，提高信噪比，使所得谱线平滑的傅立叶变换技术在近红外光 谱仪中的应用，使近红外技术有效的应用于大量样品的高精度快速分析。本 论文通过分析德国b r u k e r 公司的m p a 型傅立叶光谱仪在预测烤烟中主要化 学成分方面的应用，探讨了不同因素对所建模型的影响，并对它在烟草其它 领域内的发展前景进行了预测。 2 2 实验仪器、材料以及方法 2 2 】仪器和工作参数 b r u k e r 公司( 德国) 生产的m p a 型傅里叶近红外光谱仪。带有漫反射积 分球和样品旋转器采样附件，谱区采集范围：1 2 0 0 0 4 0 0 0 c m 一，光谱分辨 率：8 c m 一，扫描次数：6 4 次( 约3 0s ) 。每隔4 0 分钟扫描一次背景。操作系 统：w i n 2 0 0 0 中文版。 2 2 2 材料 实验材料由郑州烟草研究院提供，为来自河南、山东、云南等地的烤烟， 数量为8 5 个，碾磨成粉状，过4 0 目筛。 2 2 3 实验方法 2 ，2 3 1 样品化学性质的泌定 根据烟草及烟草制品转基因的测定所规定的测定标准，使用流动注 射分析仪( f l o ws o l u t i o ni v ) 测定烤烟中的烟碱、总糖、还原糖、总氮、氯。 具体如下； 所用仪器和试剂 b r a n + l u e b b ea a 3 型连续流动分析仪。 b r i j 3 5 溶液，次氯酸钠，氯化钠，硫酸，水杨酸钠，亚硝基铁氰化钠，酒石 酸钠，磷酸二氢钠，氢氧化钠，对羟基苯甲酸酰肼，d 葡萄糖，氰化钾，烟 碱，硫酸钾，硫酸铵等均按说明配制适当的浓度。所有试剂均为分析纯，水 为蒸馏水。 总糖、还原糖的测定 ( 1 ) 按g b t 5 6 0 6 1 抽取样品。 ( 2 ) 按y c t3 1 制备试样，测定水分含量。 ( 3 ) 准确称取o 2 5 9 试料于5 0 m l 磨口三角瓶中，加入2 5 m l 5 的乙酸溶液， 在振荡器上振荡萃取3 0 r a i n ( 4 ) 用定性滤纸过滤，弃去前几毫升，收集后续液做分析用 ( 5 ) 上机运行工作标准溶液和样品液。 烟碱的测定 郑州大学硕士学位论文 ( 1 ) 按g b t 5 6 0 6 1 抽取样品。 ( 2 ) 按y c t3 1 制各试样，测定水分含量。 ( 3 ) 准确称取o 2 5 9 试料于5 0 m l 磨口三角瓶中加入2 5 m l 5 的乙酸溶液， 在振荡器上振荡萃取3 0 m i n ( 4 ) 定性滤纸过滤，弃去前几毫升，收集后续液做分析用 ( 5 ) 上机运行工作标准溶液和样品液。 总氮的测定 ( 1 ) 按g b t 5 6 0 6 1 抽取样品。 ( 2 ) 按y c t3 1 制各试样，测定水分含量。 ( 3 ) 准确称取o 1 9 试料于消化管中，加入氧化汞0 1 9 ，硫酸钾1 0 9 ，浓硫 酸5 0 m l ( 4 ) 将消化管置于消化器上消化，消化后稍冷，加入少量水，冷却到室温， 用蒸馏水定容 ( 5 ) 上机运行工作标准溶液和样品液。 氯的测定 ( 1 ) 按g b t 5 6 0 6 1 抽取样品。 ( 2 ) 按y c t3 1 制备试样，测定水分含量。 ( 3 ) 准确称取0 2 5 9 试料于5 0 m l 磨口三角瓶中，加入2 5 m l 5 的乙酸溶液， 在振荡器上振荡萃取3 0 r a i n ( 4 ) 定性滤纸过滤，弃去前几毫升，收集后续液做分析用 ( 5 ) 上机运行工作标准溶液和样品液。 分析结果如表2 - 2 所示 表2 18 5 个样品的分析结果 样品编号 1 2 3 4 6 7 8 9 1 0 l l 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 总糖 还原糖烟碱总氮 ( ) 2 4 1 5 2 8 7 5 2 9 4 5 2 1 4 1 1 5 4 1 2 9 4 2 2 9 1 2 2 4 5 6 2 4 8 1 2 8 5 4 2 4 8 9 2 5 7 8 3 0 1 5 2 5 1 4 2 5 0 1 2 5 8 ( ) 2 2 8 6 2 5 7 4 2 6 8 8 2 0 1 1 1 4 6 5 2 5 1 1 2 5 4 9 2 1 0 9 2 3 3 7 2 3 2 l 2 3 0 4 2 2 9 3 2 6 9 2 2 1 8 1 2 0 7 5 2 3 7 6 ( ) 2 5 9 1 6 7 1 7 8 2 1 4 0 8 1 7 8 2 1 2 1 8 2 8 2 4 1 2 3 7 2 5 3 2 6 6 2 3 6 2 6 9 2 _ 8 7 ( ) 、 2 1 1 9 2 1 _ 8 7 2 2 1 2 5 8 2 1 2 3 2 2 8 2 1 4 2 1 5 2 1 2 3 5 2 1 4 l 。9 6 1 _ 8 5 2 2 1 0 5 0 3 1 0 2 9 0 7 5 0 4 5 0 6 1 0 3 0 ，7 9 o 5 0 7 l o 7 1 0 5 0 4 4 o 3 6 0 6 0 3 1 1 1 1 ：! !：! ：! !：! ! ! ：! i! ：! 1 8 郑州大学硕士学位论文 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 2 0 5 4 2 4 6 5 2 5 8 8 2 3 1 2 2 6 1 8 2 7 5 6 2 0 5 5 2 5 9 6 2 4 0 3 3 0 5 8 3 7 - 8 2 8 5 6 2 8 5 2 2 5 4 7 2 1 3 6 2 5 8 8 2 4 8 5 2 0 8 5 2 1 6 3 2 4 5 6 2 4 8 3 0 1 2 3 2 5 9 3 0 1 2 2 4 _ 8 7 2 1 0 6 2 2 6 5 2 9 5 6 2 5 9 9 2 5 6 6 2 6 1 4 1 8 3 2 1 7 9 8 2 5 6 9 2 7 4 - 5 2 3 5 4 1 9 8 9 2 2 8 1 2 5 5 7 2 9 3 1 2 7 6 1 9 7 2 2 2 5 8 2 4 6 2 2 1 5 6 2 2 9 8 2 5 8 1 1 7 9 2 4 4 3 1 9 8 3 2 7 7 4 2 8 5 2 2 6 0 7 2 5 9 4 2 1 3 5 1 8 9 4 2 3 8 5 2 3 6 3 1 9 6 1 9 9 9 2 2 _ 8 8 2 2 8 3 2 7 8 9 2 9 7 3 2 7 4 6 2 l _ 4 2 1 9 5 2 2 1 5 3 2 6 1 3 2 4 2 8 2 1 9 7 2 2 4 2 1 5 0 3 1 5 4 6 2 3 1 6 2 4 7 2 2 1 9 1 6 1 7 2 0 7 5 2 2 3 2 2 5 7 3 2 2 6 4 3 2 8 2 2 7 3 7 5 2 3 5 3 2 4 3 3 2 2 3 1 3 3 4 7 1 9 1 1 5 3 1 9 1 9 5 3 3 1 3 3 3 2 9 1 2 7 8 2 7 9 2 4 2 2 9 2 2 3 7 2 3 9 3 0 9 3 8 2 2 5 3 4 3 3 0 6 2 8 3 2 0 8 3 1 8 2 4 1 3 9 8 4 4 7 2 5 3 3 2 1 3 9 9 3 9 3 3 0 5 2 1 9 2 0 3 2 3 8 2 2 9 1 9 8 1 8 5 1 8 5 1 9 5 2 1 9 9 1 9 8 2 8 5 3 4 6 2 4 5 2 7 8 2 4 5 2 4 1 2 3 2 1 4 2 3 l 2 1 9 2 3 3 2 4 4 2 4 4 2 0 8 2 1 l 1 9 9 2 4 7 2 5 2 2 5 2 0 6 2 0 9 2 2 2 2 0 2 2 8 5 2 8 4 2 o l 2 4 1 2 5 2 2 4 1 2 2 2 7 3 2 4 7 2 4 0 3 3 0 2 6 0 3 1 0 3 1 o 3 1 0 2 7 0 6 1 0 3 l 1 0 7 0 3 0 3 5 0 3 3 0 2 8 0 5 3 0 7 3 0 4 2 0 5 4 0 4 5 0 8 8 0 5 4 0 6 6 0 4 8 0 3 7 0 6 7 0 8 l 0 8 8 o 8 9 0 4 5 o 4 1 0 2 8 0 2 9 0 4 9 0 4 6 0 7 8 0 5 4 0 5 1 0 8 4 o 6 7 0 6 8 0 5 2 0 6 1 郑州大学硕士学位论文 6 02 5 3 22 4 5 92 2 72 2 30 5 6 6 12 9 6 42 62 0 52 4 20 5 6 6 23 0 1 82