**是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物,煙葉含碳量和含氮量是碳代謝和氮代謝產(chǎn)物的集中體現(xiàn)。總氮含量低的卷煙吃味平淡,而含量高則有較大刺激性,燃燒時(shí)產(chǎn)生濃烈辛辣的煙氣。在合適的含氮比例下,煙葉不*香味和吸味*優(yōu),化學(xué)成分也比較協(xié)調(diào)。因此測(cè)定**中的總氮含量對(duì)監(jiān)控卷煙品質(zhì)有重要意義。

目前測(cè)定**中含氮量的方法有克達(dá)爾法、凱氏定氮法、近紅外光譜(NIRS)、傅里葉變換近紅外光譜法(FT-NIR)、間接連續(xù)流動(dòng)法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、納氏試劑分光光度法、連續(xù)流動(dòng)分析法(CFA)、元素分析法(EA)等。常用的方法主要分兩類:干燒法和濕燒法,其**方法為杜馬法和凱氏法。

元素分析法測(cè)定總氮含量實(shí)用性高,具有推廣價(jià)值,在農(nóng)業(yè)、食品業(yè)、礦業(yè)、煤炭、石油化工等行業(yè)已被廣泛應(yīng)用,分析同一批卷煙樣品采用元素分析法和連續(xù)流動(dòng)分析法檢測(cè)出的總氮含量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,建立總氮含量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型*終達(dá)到運(yùn)用元素分析法替代連續(xù)流動(dòng)分析法檢測(cè)總氮,進(jìn)而符合國內(nèi)**行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

樣品的采集

2016～2017年卷煙樣品811個(gè),其中含一類卷煙數(shù)目占20.6%,二類卷煙占12.7%,三類卷煙占53.4%,四類卷煙占5.7%,五類卷煙占7.6%,700個(gè)卷煙樣品作為建模樣品,111個(gè)卷煙樣品作為驗(yàn)證樣品。

對(duì)卷煙制品進(jìn)行處理及水分測(cè)定

按YC/T31-1996《**及煙制品試樣的制備和水分測(cè)定烘箱法》的方法將卷煙樣品剖開,取出煙絲制備成煙末試樣,并測(cè)定樣品中的水分含量。

元素分析法測(cè)定卷煙樣品中的總氮含量

稱取50mg的待測(cè)樣品,精確至0.01mg,用錫箔舟緊密包裹后放入自動(dòng)進(jìn)樣盤中進(jìn)樣。

當(dāng)每批樣品進(jìn)行檢測(cè)前,準(zhǔn)確稱取5.00～6.00mg磺胺4個(gè),采用元素分析儀連續(xù)測(cè)定磺胺4次,獲得總氮日校正系數(shù)。每檢測(cè)20次樣品后應(yīng)測(cè)定1～2次磺胺,用以檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并及時(shí)調(diào)整日校正系數(shù)。

校準(zhǔn)曲線的制作:用磺胺建立儀器總氮的校準(zhǔn)曲線(20～25個(gè)點(diǎn)),該曲線通常3～6個(gè)月后需要重新繪制1次,保存于工作站中。

連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定卷煙樣品中的總氮含量

稱取0.1g待測(cè)樣品煙末于消化管中,精確至0.0001g,加入YHG0.1g,硫酸鉀1.0g,濃硫酸5.0mL。消化器條件為:150℃1h,370℃1h。消化后冷卻到一定溫度,加入少量的水,冷卻至室溫,用水定容至刻度,搖勻。采用連續(xù)流動(dòng)分析儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)液和樣品液進(jìn)行總氮含量的檢測(cè)。

元素分析法和連續(xù)流動(dòng)分析法兩種方法測(cè)定總氮的比較

元素分析法測(cè)定總氮只需要把卷煙樣品磨成一定目數(shù)的粉末,然后包裹在鋁箔舟中,放入元素分析儀的樣品盤中即可直接測(cè)定。檢測(cè)樣品時(shí)間遠(yuǎn)高于稱取樣品的時(shí)間(樣品前處理),因此稱樣的時(shí)間和速度并不影響測(cè)樣效率,樣品按順序放進(jìn)樣品孔后,把儀器設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行,完成測(cè)試儀器將自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)總氮的前處理時(shí)間較長(zhǎng),其操作步驟包括稱取樣品、配制試劑、樣品消化和連續(xù)流動(dòng)分析儀檢測(cè)等步驟,過程繁瑣,需要大量的酸堿、劇**和高溫下操作等條件,其中包括硫酸和氧化G等,存在一定危險(xiǎn)性。在樣品消化的過程中酸會(huì)揮發(fā),具有一定刺激性氣味。元素分析法的前處理過程中無需配制試劑、樣品消化、樣品冷卻和定容等步驟,儀器分析時(shí)間明顯優(yōu)于連續(xù)流動(dòng)分析法。此外,元素分析法節(jié)約大量試劑和人力資源的成本,自動(dòng)化程度高,檢測(cè)的安全系數(shù)高,工作環(huán)境無污染,已被越來越多國家和專業(yè)組織機(jī)構(gòu)所采用,適合大批樣品的測(cè)定,更能滿足測(cè)試高峰期的測(cè)樣需求。為此,元素分析法相對(duì)于連續(xù)流動(dòng)分析,為一種更綠色環(huán)保高效的檢測(cè)方法。

連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定總氮并不包括硝態(tài)氮。卷煙中硝態(tài)氮含量的差異與卷煙類型、煙葉產(chǎn)地、調(diào)制過程、配方等有一定關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)在樣品硝態(tài)氮含量較高時(shí),連續(xù)流動(dòng)分析測(cè)氮法所測(cè)結(jié)果低于元素分析法,對(duì)硝態(tài)氮含量低的樣品,兩種方法測(cè)定結(jié)果沒有**差異。運(yùn)用元素分析法測(cè)定再造煙葉中總氮含量結(jié)果應(yīng)用比值系數(shù)K(K=DN/LN)進(jìn)行換算即可代替連續(xù)流動(dòng)分析法結(jié)果。國內(nèi)**行業(yè)主要采用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定**的總氮含量,原因有三點(diǎn):

(1)部分**單位*擁有連續(xù)流動(dòng)分析儀而沒有元素分析儀,因此沒有開展元素分析法的條件,只能采用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)總氮;

(2)連續(xù)流動(dòng)分析法所測(cè)定的總氮指標(biāo)已成為保障原料和成品煙質(zhì)量穩(wěn)定的重要參考;

(3)在年度**行業(yè)能力驗(yàn)證等共同實(shí)驗(yàn)中,各單位需要在同一個(gè)水平,用同一種方法測(cè)定總氮含量數(shù)據(jù),通過比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)掌握各實(shí)驗(yàn)室對(duì)該方法的測(cè)試分析技術(shù)水平。

兩種趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法的比較,建立相關(guān)性較好的模型

回歸分析是一種統(tǒng)計(jì)分析方法,它可以對(duì)具有相互聯(lián)系的數(shù)據(jù),根據(jù)其關(guān)系形態(tài),研究變量之間相關(guān)關(guān)系,建立一個(gè)合適的數(shù)學(xué)模型,用于預(yù)測(cè)和控制的作用。本實(shí)驗(yàn)所用的兩種不同的測(cè)氮法所得的數(shù)據(jù)間雖然不能找到它們之間的精確表達(dá)式,但是通過大量的總氮含量數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性,建立線性回歸一次表達(dá)方程為:y=0.8489x2+0.1659,R2=0.8215,而多項(xiàng)式二次擬合表達(dá)方程為:y=0.2369x2-0.3988x+1.7971,R2=0.8292;兩種方式的表達(dá)所建立模型的相關(guān)性較為接近,采用元素分析法檢測(cè)111個(gè)卷煙的總氮數(shù)據(jù)代入模型,結(jié)果(表1)顯示,線性回歸一次模型總氮預(yù)測(cè)值與連續(xù)流動(dòng)法總氮測(cè)定值**值之差在5%以內(nèi)的卷煙樣品有69個(gè),而二次擬合模型的數(shù)量為75個(gè)。說明二次擬合模型(圖1)中元素分析法所預(yù)測(cè)的總氮值能較好地表示連續(xù)流動(dòng)分析法所測(cè)的總氮指標(biāo)化學(xué)值。

表1 線性一次方程和二次擬合方程兩種趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法的比較

圖1 元素分析法和連續(xù)流動(dòng)分析法兩者之間測(cè)總氮含量的相關(guān)曲線圖

模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性

為了檢驗(yàn)所建模型預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性,通過111個(gè)卷煙對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),將卷煙樣品用元素分析法測(cè)出總氮數(shù)據(jù)代入模型,預(yù)測(cè)連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)出總氮的含量,并與連續(xù)流動(dòng)分析法總氮測(cè)定值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果(表2)顯示,模型總氮預(yù)測(cè)值與連續(xù)流動(dòng)分析法總氮測(cè)定值基本一致,兩者相對(duì)偏差在4%以內(nèi),利用同一牌號(hào)不同批次生產(chǎn)的卷煙為驗(yàn)證樣品,通過SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件配對(duì)樣品T檢驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證,由(表3)數(shù)據(jù)計(jì)算求得t值,在**性水平大于0.05時(shí),兩種方法不存在**性差異(查ta,f值表,當(dāng)**水平a=0.05時(shí),自由度f=6,t0.05,6=2.45),即沒有系統(tǒng)誤差,說明所建模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較高,適合用于卷煙樣品中連續(xù)流動(dòng)分析法總氮含量的預(yù)測(cè)。

表2 111個(gè)卷煙樣品中部分樣品連續(xù)流動(dòng)分析法總氮預(yù)測(cè)值與其化學(xué)測(cè)定值的比較

表3 不同價(jià)類卷煙樣品連續(xù)流動(dòng)分析法總氮含量與模型預(yù)測(cè)值的比較

模型預(yù)測(cè)的重復(fù)性和靈敏度的比較

隨機(jī)抽取5個(gè)卷煙樣品,每個(gè)樣品分別用兩種方法各進(jìn)行6次檢測(cè),結(jié)果(表4)得出通過模型算出總氮值標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.2%;而連續(xù)流動(dòng)法測(cè)出總氮值標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.9%。數(shù)據(jù)表示,兩種方法測(cè)定卷煙總氮的精密度高,穩(wěn)定性好。相比之下,前者具有更好的穩(wěn)定性?？赡苡捎谶B續(xù)流動(dòng)分析法在消化過程中氮元素轉(zhuǎn)化成氨氣造成流失,導(dǎo)致連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定總氮結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。

檢出限是評(píng)價(jià)分析方法的重要指標(biāo),可用于評(píng)估檢測(cè)方法的優(yōu)劣。采用不同含量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)多次檢測(cè)結(jié)果,以標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)含量作關(guān)系曲線,通過該曲線外推計(jì)算出方法的檢出限。利用元素分析法測(cè)定5mg的磺胺(*低標(biāo)準(zhǔn)含量)10次,用3倍測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度作為檢出限,用10倍測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度作為定量限,得出元素分析法測(cè)總氮的檢出限和定量限分別是19.14μg和63.81μg;采用連續(xù)流動(dòng)分析法對(duì)含氮量為0.8mg的硫酸銨溶液(*低標(biāo)準(zhǔn)濃度)檢出10次,用3倍測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度作為檢出限,用10倍測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度作為定量限,得出連續(xù)流動(dòng)法測(cè)總氮的檢出限為228.99μg,定量限為763.32μg,數(shù)據(jù)表明,元素分析法具有更好的靈敏度。

表4 連續(xù)流動(dòng)分析法與模型預(yù)測(cè)值重復(fù)性數(shù)據(jù)的比較

 元素分析法是一種相對(duì)簡(jiǎn)便、快速、穩(wěn)定性好、靈敏度高、試劑用量少、綠色環(huán)保的檢測(cè)方法,還能通過觀察儀器軟件的相關(guān)參數(shù)判斷吸收劑或其它耗材的使用情況并及時(shí)更換相應(yīng)的填充物質(zhì),避免資源浪費(fèi),適用于快速批量測(cè)定卷煙中總氮含量。

將元素分析法與連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定卷煙樣品中總氮含量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,建立兩種方法的關(guān)聯(lián),得到多項(xiàng)式二次擬合表達(dá)方程:y=0.2369x2-0.3988x+1.7971,R2=0.8292的模型公式,并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表示,利用所建模型得出連續(xù)流動(dòng)分析法總氮的預(yù)測(cè)結(jié)果與**行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法的檢測(cè)結(jié)果較為接近,準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好,該預(yù)測(cè)模型可以快速檢測(cè)卷煙中的總氮含量,提高檢測(cè)效率,為卷煙品質(zhì)的評(píng)價(jià)提供一種新的方法,對(duì)于元素分析法廣泛應(yīng)用于卷煙中總氮含量的檢測(cè)分析提供重要的技術(shù)依據(jù)。