依托近紅外光技術(shù)的原煙煙堿配比模型探究

章榮燕 李睿 趙一君 文斌 曹騰 郭清 吳昊

摘要：打葉復(fù)烤原煙收儲(chǔ)環(huán)節(jié)的煙堿值準(zhǔn)確采集對(duì)實(shí)現(xiàn)配方均質(zhì)化加工極其重要，目前主流技術(shù)是通過近紅外檢測(cè)進(jìn)行煙堿值的初步獲取。本文主要利用近紅外技術(shù)（驗(yàn)室傅立葉變換近紅外光譜儀）建立原煙煙堿的配比模型，對(duì)樣品進(jìn)行光譜掃描，分析檢測(cè)煙葉上、中部位的煙堿值，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)，得到同等級(jí)煙葉通過自動(dòng)收儲(chǔ)系統(tǒng)在線檢測(cè)得到的煙堿含量數(shù)據(jù)差異更加顯著的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：近紅外光技術(shù);原煙煙堿;配比模型

一、近紅外光譜技術(shù)簡述

近紅外區(qū)主要?jiǎng)澐譃榻t外短波（780～1100nm）和近紅外長波（1100～2526nm）兩個(gè)區(qū)域。近紅外光譜主要是由于分子振動(dòng)的非諧振性使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團(tuán) C-H、O-H、N-H、S-H、P-H 等振動(dòng)的倍頻和合頻吸收[1]。不同基團(tuán)（如甲基、亞甲基、苯環(huán)等）或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強(qiáng)度都有明顯差別。所以近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成性質(zhì)測(cè)量。

目前，近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)成為我國的一項(xiàng)新型質(zhì)量檢測(cè)與產(chǎn)地追蹤技術(shù)，與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，近紅外光譜技術(shù)具備容易獲得的可見區(qū)光譜信號(hào)，同時(shí)擁有紅外區(qū)豐富的分析信息量，具有檢測(cè)速度快、精準(zhǔn)度高、不受化學(xué)污染、方便實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控的特點(diǎn)，檢測(cè)時(shí)只需要對(duì)被檢測(cè)樣品進(jìn)行一次近紅外光譜技術(shù)就能同時(shí)完成多項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，是當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)的首選[2]。

二、不同部位煙堿含量分析

不同部位的煙葉煙堿含量在線檢測(cè)數(shù)據(jù)不同區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，中部煙葉測(cè)試等級(jí)煙堿含量在 2.0%-2.5%區(qū)間分布占比最大，平均占比為 31.39%，其余數(shù)據(jù)以此區(qū)間為中心呈近似正態(tài)分布，與實(shí)驗(yàn)室抽檢數(shù)據(jù)分布情況較為一致，且數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室抽檢方法，分布統(tǒng)計(jì)可進(jìn)一步細(xì)化分區(qū);上部煙葉煙堿含量在 3.0%-3.5%區(qū)間分布占比最大，平均占比 28%，其余數(shù)據(jù)以此區(qū)間為中心呈近似正態(tài)分布。各等級(jí)檢測(cè)數(shù)據(jù)在各區(qū)間分布存在差異，但總體上未出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)向單個(gè)區(qū)域集中的情況，自動(dòng)收儲(chǔ)系統(tǒng)在線近紅外化學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室 1%比例抽檢數(shù)據(jù)從均勻性、分布上一致性趨勢(shì)顯著，且數(shù)據(jù)完整性較好，無數(shù)據(jù)煙框占比低于 5%，故通過自動(dòng)收儲(chǔ)系統(tǒng)在線檢測(cè)設(shè)備對(duì)原煙進(jìn)行逐包檢測(cè)并以框?yàn)榱６冗M(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單等級(jí)原煙以煙堿含量數(shù)據(jù)為核心進(jìn)行數(shù)字化配比具備條件[4]。系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)照數(shù)據(jù)具體數(shù)據(jù)如下：

三、以煙堿值為核心的原煙均質(zhì)化配比方法

（一）雙框配比方法。根據(jù)單框煙葉煙堿檢測(cè)數(shù)據(jù)和總體煙堿檢測(cè)數(shù)據(jù)平均值，采用兩煙框之間進(jìn)行搭配投料，其兩框的煙堿均值接近于批次總體平均煙堿值。對(duì)于入庫前的煙葉根據(jù)煙堿值分別劃分為高、中、低三個(gè)等級(jí)，在倉庫中分別劃出貨拉進(jìn)行搭配出庫，形成出庫投料單元。

（二）動(dòng)態(tài)均值配比方法。在未知原料煙堿值大致分布區(qū)間時(shí)根據(jù)備料區(qū)煙葉煙堿值及當(dāng)前框煙堿值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整搭配，提前劃分為幾個(gè)貨區(qū)，每個(gè)貨區(qū)的第一行為初始化貨位，按照順序依次入庫，以檢測(cè)出的第一行的煙堿值作為整個(gè)貨區(qū)的煙堿均值，各區(qū)的煙堿均值保持一致，按照相應(yīng)的比例搭配出庫。

（三）多參數(shù)權(quán)重配比方法。將煙葉在線近紅外檢測(cè)的 6 項(xiàng)常規(guī)化學(xué)成分屬性按非平等關(guān)系設(shè)置不同層級(jí)權(quán)重系數(shù)，然后通過各個(gè)層級(jí)權(quán)重系數(shù)、數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果變異系數(shù)計(jì)算得出針對(duì)單等級(jí)煙葉配比均勻性的綜合評(píng)價(jià)參數(shù)，檢測(cè)的變異系數(shù)計(jì)算得出綜合評(píng)價(jià)參數(shù)，逐級(jí)計(jì)算直到滿足要求[3]。

（四）原煙均質(zhì)化在煙堿配比中的作用：不同部位煙葉煙堿含量檢測(cè)數(shù)據(jù)在不同區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，現(xiàn)階段煙葉的均質(zhì)化主要以原煙化學(xué)成分均勻性體現(xiàn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在的差異不明顯，呈現(xiàn)正態(tài)分布。通過紅外光對(duì)其進(jìn)行掃描，再進(jìn)行系統(tǒng)的采集、記錄、傳輸、分析得出最終的結(jié)論，為相應(yīng)技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)。

結(jié)束語：通過用近紅外光技術(shù)分析檢測(cè)煙葉上、中、部位的煙堿值，可以得出煙堿值檢測(cè)數(shù)據(jù)的差異較小，總體呈正態(tài)分布的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊雙艷、周瑾、沈彥文、楊紫剛、費(fèi)宇、張四偉. 基于近紅外光譜技術(shù)的電子煙油煙堿含量快速檢測(cè)研究[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào)， 2020， v.39（11）：114-118.

[2]楊凱， 劉鵬， 王維妙，等. 原煙在線近紅外光譜模型轉(zhuǎn)移研究[J]. 中國煙草學(xué)報(bào)， 2012（06）：27-31.

[3]湯朝起， 劉穎， 束茹欣，等. 應(yīng)用在線近紅外光譜分析復(fù)烤前后原煙及片煙的質(zhì)量特性[J]. 光譜學(xué)與光譜分析， 2014， 000（012）：3273-3276.

[4]趙雪岑， 丁香乾， 張磊. 基于近紅外光譜技術(shù)的成品卷煙定量分析[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2012（16）：101-103.

資金來源：中國煙草總公司貴州省公司科技項(xiàng)目“原煙智能化收儲(chǔ)與精細(xì)化投料關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（合同號(hào)：201929）