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近红外光谱分析技术是一种绿色、快速、高效、适合在线分析的技术,已被广泛应用于农业、食品、石化、烟草、制药等领域。本论文在介绍了近红外光谱分析技术的原理及近红外光谱分析中的化学计量学方法的基础上,对卷烟纸中金属元素、烟草中多酚和类胡萝卜素的近红外快速分析进行了系统的研究。建立了预测卷烟纸中几种金属元素含量的近红外光谱数学模型,对数学模型进行了修正,并实现了模型在不同仪器间的转移。此外还建立了预测烟草中多酚和类胡萝卜素含量的近红外光谱分析数学模型。具体研究内容如下:
1.为适应快速分析卷烟纸中K、Na、Ca、Mg含量的需要,应用近红外漫反射光谱法扫描了101个卷烟纸样品图谱,以样品的光谱数据和对应的化学测定值为基础,利用偏最小二乘法建立了预测卷烟纸中K、Na、Ca、Mg含量的数学模型。在建模过程中,进行了样品扫描条件和模型的优化,建立模型的最优条件为:每个纸样取14张扫描比较适宜;选择4000~8000cm-1为建模谱区;最佳的预处理方法为多元散射校正结合一阶导数与Norris平滑滤波;K、Na、Ca和Mg的最佳主成分数分别为13、9、8、8。模型优化后,K、Na、Ca和Mg的模型的相关系数(R)分别为0.9906、0.9865、0.9870、0.9851,平均相对误差分别为9.63%、9.03%、3.10%、7.33%,结果令人满意。为了比较漫反射光谱和透射光谱两种检测方法建立的数学模型的效果,同样应用透射光谱法建立起了金属元素的数学模型,但与漫反射光谱法相比,发现漫反射法更适合测定卷烟纸中的金属元素。按年份适当增加一些样品,以提高模型的检测精度、稳定性和可靠性。通过模型转移技术,实现了模型在不同仪器间的转移。本方法具有简便、快速、不破坏样品的优点,并且目前尚未见到有关用此法测定卷烟纸中金属元素含量的研究报道。
2.应用近红外漫反射光谱法建立了烟草中多酚类物质,包括绿原酸、芸香苷、莨菪葶和崁啡醇-3-芸香糖苷的定量分析模型,以及类胡萝卜素,包括叶黄素、β-胡萝卜素和其它类胡萝卜素的定量分析模型。平均相对误差均小于10%,结果令人满意。