近红外光谱及其在

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1、近红外光谱及其在烟草行业中的应用冉霞一、近红外光谱1、近红外光谱原理2、近红外光谱分析技术的优点3、近红外光谱分析技术的不足4、近红外光谱分析技术的发展二、近红外光谱在烟草行业中的应用1、常规化学成分分析2、烟气分析4、烟叶类型或产地判别5、卷烟配方识别6、卷烟真伪鉴别7、卷烟材料分析8、烟叶物理指标测定三、展望一、近红外光谱近红外光谱分析技术作为分析化学领域迅猛发展的高新技术，它的出现带来了又一次分析技术的革命。近几届匹兹堡会议的方法学分类中，“近红外”从“红外及拉曼”中分离出来单独列为一类，因而受到持续关注。近年来该项技术

2、在烟草行业已成为研究热点，并得到广泛应用。1、近红外光谱原理近红外光谱也称为分子的振动-转动光谱，主要由分子振动的基态向高能级跃迁产生。能级跃迂包括基频跃迁(对应分子振动状态在相邻振动能级之间的跃迁)、倍频跃迁(对应于分子振动状态在相隔一个或几个振动能级之间的跃迁)和合频跃迁(对应于分子两种振动状态的能级同时发生跃迁)。近红外光吸收带主要记录的是含氢基团X—H(X=C、N、O、S、P)振动的倍频和合频产生的吸收，其中包含了大多数有机化合物的组成和分子结构信息。2、近红外光谱分析技术的优点1．分析过程简单、快速。2．操作简单、费

3、用低。3．测试重现性好，可用于样品的定性、定量分析。4．便于实现在线分析。由于光纤技术的介入，近红外在线分析和遥测技术得以发展。3、近红外光谱分析技术的不足1．近红外光谱峰出现的频率范围低，吸收峰数目多、重叠严重、谱带复杂；吸收强度较弱，光谱的信噪比低。2．近红外光谱容易受到测量条件(如温度、仪器)、样品状态(如溶剂效应)等外界因素的影响。3．不适合于痕量分析和分散性样品的分析。近红外光谱分析的灵敏度相对较低，不适于检出限较低样品的测量。4、近红外光谱分析技术的发展1800年，Herschel首次发现了NIR光谱区；近红外光谱

4、被发现后，“沉睡”了近一个半世纪，才迎来了自身应用发展的几个高潮阶段：第一次是在20世纪50年代中后期，随着一些简易近红外光谱仪的出现和Norris等人在NIR漫反射技术上所做的工作，掀起了近红外光谱应用的小高潮，主要应用于农副产品的分析。第二次是在80年代后期，计算机技术的发展带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展。通过化学计量学方法可以解决谱带较宽、吸收峰重叠严重的问题，使人们重新认识了近红外光谱的价值，各种领域的应用研究陆续展开。第三次是进入90年代，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长。同时由于光纤技术的介入

5、，近红外在线分析技术得以发展，并取得良好的社会效益和经济效益，从此近红外光谱技术进入一个全速发展的新时代。最近出现的新技术MEMS(MicroElectromeehanicalSystem，即微电子机械系统)有望推动近红外光谱分析技术的第四次发展。二、近红外光谱分析技术在烟草行业中的应用烟草是一种成分复杂的天然植物，含有大量的C-H基团，因此，利用近红外光谱来反映烟叶中某些成分的含量是有效的。不同品种的烟叶，其化学组成显然各不相同，因而会导致烟叶的近红外光谱产生差异，而这种差异恰恰能为烟叶品种的识别提供一个快速判断的依据。同时

6、，由于烟草的育种方式、产地、土壤、气候的不同，反映在近红外光谱图上也会有差别，因此通过光谱来评价这些因素也是有效的。烟草中的还原糖、总糖、总氮、烟碱等成分是设计卷烟配方和质量控制的重要指标，在卷烟生产的许多环节需要对这些指标进行快速无损检测，因此应用NIR分析技术也就显得非常必要。1、常规化学成分分析NIR分析技术在1968年成功应用于烟草工业，McClure等首次发表了NIR测定烟草还原糖的文章。1978年，Hamid等用近红外光谱分析了烟末中生物碱的含量1986年McClure等利于近红外光谱分析了烟草中的总氮含量。198

7、3年，Long指出，烟草中水分的近红外光谱的重要吸收波长为1940nm、1840nm、2100nm。同年，Tonini建立了水分预测模型，SEC为0.639，SEP为0.646。而今，近红外光谱分析技术在烟草化学成分检测方面已得到成熟应用，相应研究较多，‘国内对此进行了大量的工作。张建平等[l3]建立了测定烟草中总糖、还原糖、总植物碱、总氮、氯等5项指标的近红外光谱分析模型。王东丹等[14]建立了近红外光谱与总糖、还原糖、烟碱、总氮含量间的关系模型，并对青烟叶品质参数进行了建模研究2、烟气分析烟气是香烟点燃后所生产的气体和烟尘

8、的混合物，它的香气、劲头、余味和杂气等感官质量是消费者购买卷烟最关心的要素。烟气的香气特征除了专家的经验外，尚无公认的仪器来评价，目前对烟气质量的判断主要是检测其中的焦油、尼古丁及CO的含量，这几个指标比较能有效地反应烟气的浓度、劲头及对人休有害物质的含量。1985年，Wil