采用aotf 近红外技术检测烟叶叶片化学成分的方法

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1、采用AOTF近红外技术检测烟叶叶片化学成分的方法董小卫1，董海平2，蔡绍松2（1.山东中烟工业公司，山东济南，250013；2.济南金宏利实业有限公司，山东济南，250100）摘要：本文初步探讨了采用AOTF－近红外光谱无损检测技术检测烟叶主要化学成分及建模的影响。实验表明，以10点定位测量法采集到的光谱可以得烟叶更多的样品信息，所建立的模型相关性较高。总烟碱、总糖、还原糖、钾和氯含量模型的相关系数分别为0.9795、0.9788、0.9745、0.9342和0.9526，说明化学成分含量数据和光谱数据间有较好的相关性。实验结果表明AOTF－近红外光谱技术可用于烟叶叶片主要

2、化学成分的常规分析。关键词：声光可调滤光器；近红外光谱；烟草化学成分；光谱采集中图分类号：文献标识码：文章编号：目前，烟草行业尚没有直接无损检测烟叶化学成分的方法。实验室常规检测仪器分析烟叶化学成分需要对烟叶进行烘干、研磨、浸提和检测多个步骤，检测完后，烟叶将不复存在。该方法分析时间长，需要对样品进行复杂的处理，消耗大量的试剂，不同的指标要不同的通道进行测试。近红外光谱分析（NIR）则具有简便、快速、低成本、无污染以及样品的非破坏性和多组分同时测定等优点，已广泛应用于食品、石油、化工、医药等行业。物质分子中C-H、N-H、O-H和C=O等基团振动频率的合频与倍频的吸收正好落

3、在近红外区，因此，近红外技术比较适合于分析与这些基团有直接或间接关系的成分。烟草中的总糖、还原糖、烟碱和总氮等都包含了这些基团，故近红外技术是分析这些成分的一种理想分析技术。90年代末，来自航天技术的声光可调滤光器（Acousto-OpticTunableFilter,缩写AOTF）技术的问世，被认为是“90年代近红外光谱仪最突出的进展”[1－5]。AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好，程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性。近红外光谱分析（NearInfraredSpectro

4、scopy,12NIR）具有简便快速、无污染以及样品的非破坏性等特点，在烟草常规化学分析中有很大的发展潜力。AOTF技术与NIR的结合实现了仪器的小型化，为实现产品质量的实验室和在线检测提供了可能。AOTF－NIR的这些优点使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应用[6,7]。传统的近红外分析，需要将烟叶经过烘干，粉碎和研磨过程，然后制成40目或60目样品，大约需要3小时，不能满足烟叶采购现场检测的需要，也不能充分发挥近红外分析技术优势，因此建立一套或几套与当前烟叶发展形式相适应的，能够适用于现场的近红外检测模型，具有非常重大的意义。本文凭借AOTF-近红

5、外仪器小型化的优势，直接对烟草烟叶的叶片进行检测，不必进行样品处理，方便快捷。仪器的便携性使AOTF近红外技术真正实现了现场检测，可在烟叶的收购现场直接对烟叶进行分析。1　实验部分1.1仪器条件和样品处理仪器：美国BRIMROSE公司产的Luminar5030型便携式AOTF技术近红外光谱仪，主要部件包括：光学部分、控制部分、电源适配器、笔记本电脑。仪器波长范围为1100nm到2500nm，2nm的波长增量，扫描次数为100，采用InGaAs检测器。挪威CAMO公司TheUnscrambler分析软件。样品：不同产区不同年度的烟叶，在恒温恒湿箱中进行24个小时的水分平衡，使

6、烟叶的水分保持在17%左右，与烟叶收购时烟叶的水分基本一致。1.2实验方法一片烟叶可沿主脉分成左右相等的两部分，化学成分含量基本一致；因此采集一半烟叶的光谱即可，得到光谱数据。另一半拿去做化学分析，得到该片烟叶的化学值数据。扫描光谱时，烟叶样品的下面要垫一个不锈钢制1-2mm厚的垫板，以减少背景的干扰。手持仪器光学部分的手柄将光学探头对准采集点进行光谱的采集。在光谱的扫描过程中，仪器探头尽量保持静止。烟叶样品光谱的采集采用多点扫描取平均的方法，即：在烟叶上按照一定规律采集多次光谱，使这几次光谱的采集位置尽量包括烟叶上的所有位置，然后将这几次采集的光谱平均为1张光谱，以该张光

7、谱作为这个烟叶样品的光谱。12图1.扫描烟叶样品1.3烟叶叶片测量点选取在一张叶片上，在哪些位置上，选择几个点能够有效代表该叶片的信息呢？针对这个问题我们进行了深入的研究。图2.烟叶选点定位图首先选取不同产区不同年度烟叶叶片，使其水分保持在16%--18%之间，与国标对原烟收购的水分要求一致。根据烟叶叶片左右对称的特性，将一片烟叶沿主叶脉平均分为左右两部分，测试的时候，取其中的右半部分即可。将右半部分进行三等分，分为叶尖、叶中、叶基三个部位。如图122所示，叶尖部位取三个点呈正立的一个三角形，叶中部位取5个点呈一个