近红外光谱技术在快速检验制丝过程中的应用研究

李岩 山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂 山东青州 262500

1 前言

制丝过程是卷烟生产的一个重要环节,这一过程关系到了烟草中含水量等化学成分的含量,进而直接影响到了卷烟产品的质量.采用近红外光谱技术对卷烟产品中的含水量进行检验与分析是目前烟草行业进行质量检测的重要方法.但是大多数的烟草行业采用的近红外光谱技术是以离线分析为主,过程繁琐,时间较长,不能保证检验制丝过程的准确性.所以,我们采用在线傅里叶变换近红外光谱技术进行测试,利用红外水分仪等仪器对烟丝样品中的水分进行检测,并且利用两小时烘箱法对烟丝样品中实际的含水量和在线水分仪显示的差距进行测量,从而保证烟草制丝过程能够顺利进行.

2 测验部分

2.1 试验仪器与材料

主要材料为制丝线以及烟丝.

主要仪器采用红外水分仪,是一种新型快速水分检测仪器.水分测定仪在测量样品重量的同时,红外加热单元和水分蒸发通道快速干燥样品,在干燥的过程中,水分仪持续测量并且显示出样品丢失的水分含量,干燥这一过程结束之后,最终测定的水分含量值被锁定显示.红外水分仪操作简单,测试准确,显示部分采用红色数码管,分别可以显示出水分含量、样品的初值、终值,测定时间、温度等等,而且具有和计算机、打印机的连接功能.此外,本次试验还需用到鼓风式烘箱对烟丝中实际含水量和红外水分仪测量显示的差距进行测量.

2.2 试验原理

根据水分受热气化的性质,将烟丝样品经过低温烘干,并迅速切成小片,把烟丝样品在100℃的条件下烘干两个小时,使得烟丝当中的水分蒸发出来,由烘干前后的质量差求得烟丝样品中的水分含量.

2.3 试验方法

首先在物料流量以及水分稳定之后,取同一组烟丝样品经过一台红外水分仪,均匀的选取10组样品,并且读取由红外水分仪测得的平均值.其次,把取得的10组烟丝样本切成片状,均匀的混在一起.把烟丝用已知重量的样本盒子量取10组样品,记下烟丝样本的重量,这个重量为烘干之前的样品重量.把样品盒放在100℃左右的烘箱中,烘干两个小时,加盖取出之后,把样品盒放入在干燥器当中,冷却到正常温度,进行称重,记下此时烟丝样品的重量,这个重量为烘干之后的样品重量.

含水率的计算公式为:含水率=[(烘干前的净重量-烘干后的净重量)/烘干前净重量]X100%.

烘干前的净重量=烘干前的重量-盒子重量 烘干后的净重量=烘干后的重量-盒子重量.

3 结果与讨论

制丝过程是一个涉及到多个工序的复杂过程,在经过复杂的加工之后,烟草当中的一些物理性质和化学成分都会发生一定的改变,通过近红外光谱技术可以对快速检验制丝过程中烟丝质量的变化进行有效的检查和改善,从而及时的解决出现的问题.我们在对烟丝样品的水分进行检测的时候,不仅要把制丝线上烟丝的各个特性考虑进去,而且也要充分的考虑到使用红外水分仪时的安装、环境以及检测精度等问题.目前,烟草行业对于烟丝样品中水分的检测和控制大都使用到了红外水分仪.

在进行烟丝样品的取样之后,利用红外水分仪读取烟草样品水分的显示值,同时记录标准偏差,如果标准偏差小于0.3,那么证明此次取样有效,不需要重新取样.利用两小时烘箱法测定样品中的含水量,如果样品中含水量结果的差值在规定的范围内,那么其平均值为烟丝样本的实际含水值.

为了能够快速检测烟丝样品中的含水量,可以通过提高烘箱温度的方法,减少样品干燥处理的时间,从而使得烟丝中水分蒸发的时间和两小时烘箱法尽量保持同步,以便在短时间内检测出烟丝样品的含水量.

以两小时烘箱法为标准,通过对烟丝含水量的检测,可以得到其水分含量在规定的标准范围内,且利用红外水分仪测量的结果与实际结果相符.由此可见,将近红外光谱技术应用到快速检验制丝的过程中是可行的.

除此之外,我们利用近红外光谱技术不仅可以对烟丝样品的含水量进行检测,还可以对不同烟丝产品的质量情况进行检测.通过近红外光谱技术与主成分分析-马氏距离法的结合,对烟丝样品光谱特征信息的提取和分析,不仅可以及时的反映出在快速制丝的过程中烟丝的成分是否均匀,也可以得到在制丝过程中烟丝样品的质量变化情况.

4 总结

本文通过对近红外光谱技术在快速检验制丝过程中的应用进行研究,使我们了解到了,近红外光谱技术对于烟草样本中的含水量进行快速检测以及对烟丝生产质量指标的监督和控制具有重要的意义.通过使用红外水分仪对烟丝样品中的含水量进行检测,判断他们是否在标准的范围内,并且使用两小时烘箱法测量实际烟丝的水分和红外水分仪显示的差距,减小不同烟丝产品中含水量的差异性,保证了制丝过程的顺利进行.此次试验的研究结果不仅为提高卷烟产品生产的质量奠定了基础,而且也在一定程度上促进了近红外光谱技术的广泛应用.