烟草工业依赖化学分析，因为它是至关重要的加工厂可以确定原料烟草的组成。这取决于烟草生长的地方和当时的气候情况，并让我们了解如何在加工过程中以及在少数产品的设计中保持产品的一致性。另一个重要的因素是烟草中氯的含量，这可能使测试实验室的困难;如果氯含量过高，一些加工商不会向种植者提供全额补偿。
传统的自动分析仪(如连续分段流分析仪)已经成为烟草行业质量控制实验室的标准技术，但这些方法需要专门的操作人员，并且在分析和维护方面成本高且耗时。自动分析仪还需要使用危险化学试剂对烟草的某些成分进行比色测定，从而产生有害废物，需要防护设备进行妥善处理。2020欧洲杯下注官网
例如,确定颜色是尼古丁含量测量结果从烟草与磺胺酸和氯化氰反应原位生成的氯胺T的反应(这需要准备新鲜每五天)和氰化钾(需要准备新鲜每两周),这两种都是危险的化学物质。
近红外线（NIR）光谱功率快速，成本低，提供简单的分析，可以使用化学计量模型分析多个组件。这使其成为运行自动分析仪进行烟草大容量质量控制分析的理想互补分析技术。
近红外光谱技术还可以在不破坏样品的情况下对样品进行分析，与湿化学技术相比，可以重复使用样品，降低成本和浪费。这对易受干旱影响的地理区域特别有用，在这些区域，获得样品制备用水可能受到限制，导致分析工作的延误和生产成本的剧增。
本文将讨论如何准确预测烟草中尼古丁、糖和氯化物的含量I-Spec.®加，一种便携式漫反射近红外光谱仪，搭载B&W Tek的化学计量软件。
实验
仪表
南非一家公司在一个生长季节提供了干的、磨碎的烟草样品。该公司种植和加工来自南非不同地区的烟草，以及不同的养护条件，导致烟草样品可能有各种各样的尼古丁和糖含量。
i-Spec的车载软件®再加上2.2漫反射近红外光谱仪进行近红外测量(图1)，测量1100-2200nm，分辨率为10nm。所有烟草样品都放在培养皿中，并在i-Spec上的转盘适配器上进行分析®此外，以便考虑任何样本异质性。整合时间为600μs，每次采集时间为2.4秒的总获取时间平均为4,000次。
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图1所示。I-Spec.®加上漫反射便携式近红外光谱仪与转盘
化学计量学
三种主要烟草组分的预测化学计量模型：尼古丁，糖和氯化物，使用BWIQ软件创建。
以烟道烤烟和风干烤烟品种为研究对象，建立了烟草定标模型。每一个参考值所用的方法为烟碱和糖的分段流动分析和氯离子的电位滴定。这些是由该公司提供的，并基于英美烟草(BAT)批准的含量测量方法。
用于开发三个化学计量模型的烟草样品的信息显示在表1中。每个模型都包含样品，这些样品充分代表了不同固化方法下典型的尼古丁、糖和氯化物浓度，还包括一些超出规格值的样品。
表格1。烟草样品信息
烟草
组件 |
#的校准
样本 |
％ 内容
范围 |
＃验证数量
样本 |
| 尼古丁 |
~ 2000烤烟
~ 700用空气处理 |
0.091-7.37. |
250 |
| 糖 |
0.28-25.12 |
| 氯化物 |
〜1,200烤烤肉
~ 300用空气处理 |
0.12-8.29. |
150 |
结果
图2显示了在i-spec上获取的原始NIR Spectra文件®加导入到BWIQ®软件杠杆测试与软件一起用于检测校准样品中的任何异常光谱。在建立模型之前，这些异常值就已经从数据集中删除了。
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图2。用i-Spec Plus系统采集烟草近红外光谱
由于烟草样品中的散射效应，在图2中可以看到光谱的基线有一定程度的偏移。为了尽量减少这一偏移，我们对BWIQ中的校准样本集应用了乘法散射校正(MSC)处理®软件该软件还用于进一步缩小基线和斜率差，并通过应用二阶导数预处理来增强校准集的信号变化。这些处理的效果可以在图3的后处理光谱中看到。
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图3。处理的NIR光谱（MSC和第二衍生物）。波长范围分离为糖和尼古丁的1198-2050nm，氯含量为1800-2050nm。
已经提前研究使用NIR用于烟草处理，所述烟草处理已经示出了波长选择在构建预测模型中至关重要，因为这些波长必须直接对应于检测到的组件。此外，尽管第二衍生预处理增强了数据的变化，但是它还放大了光谱中存在的背景噪声。
使用BWIQ.®对于手动波长选择允许选择仅特定波长，以及消除2050nm以上的光谱区域以去除预处理增强噪声。本研究模拟了尼古丁和糖含量，波长范围为1198-2050nm。氯化物以1800-2050nm的波长范围进行建模。
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图4。（a）尼古丁（b）的PLS校准曲线（b）糖的PLS校准曲线和（c）pls氯化物的校准曲线。蓝色表示校准样本，红色表示验证样本。
所有校准组都具有施加用于量化分析的偏最小二乘（PLS）回归算法。图4显示了（a）尼古丁，（b）糖和（c）氯化物组分的产生的校准曲线。
BWIQ软件报告了几个化学计量参数，这些参数指示了一个校准模型的性能。校正曲线的线性度可以用皮尔逊R系数来描述，RMSE表示校正和验证的均方根误差。描述烟草中尼古丁、糖和氯所创建的校准曲线质量的化学计量参数见表2。
表2。尼古丁，糖和氯化物模型的回归系数
| 组件 |
许多因素 |
皮尔森的R系数 |
RMSEC |
RMSEV |
| 尼古丁 |
6 |
0.95699 |
0.37890 |
0.42200 |
| 糖 |
8 |
0.93895 |
2.14924 |
2.13391 |
| 氯化物 |
8 |
0.95635 |
0.48863 |
0.51023 |
使用创建的校准曲线进行预测的质量由验证集确定。为了更好地显示预测值与验证样本参考值的差异，对残差分布图进行了分析。尼古丁、糖和氯模型的残留地块如图5所示。如果模型线性一致，样本应靠近残差地块的零线(红线)，并均匀分布在残差地块周围。
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图5。(a)尼古丁，(b)糖和(c)氯模型的残留地块。
结论
黑与白的Tek i-Spec®加便携式近红外光谱仪表明，用BWIQ建立的模型可以快速准确地定量烟草中烟碱、糖和氯的含量®化学计量软件。一旦为感兴趣的因素创建了化学计量模型，它可以用来准确地预测烟草样品内的内容，允许快速地在线质量控制分析。使用NIR系统迅速分析大量烟草样品的能力消除了通过使用传统湿化学技术产生的危险化学品的需求和废物。
这些信息的来源、审查和改编来自B&W Tek提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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