摘要
烟气是卷烟消费的最终形态，直接反应产品质量和风格特点。卷烟烟气的成分受多方面因素的影响，其中包括卷烟叶组的配方、卷烟辅材的选择、烟支的物理结构设计以及燃吸参数的控制等因素。这些方面综合决定烟气中的各种化学物质的种类和含量，对卷烟的口感、香气、燃烧性能等品质特征产生着显著的影响。 现有烟气检测的方式绝大部分采用人工评吸以及常规化学分析手段，人工感官评吸在一定程度上依赖于人的心理和生理条件，受专家的知识结构、经验、情绪等因素的影响，难以完全保证结果的客观性、准确性、公正性。常规的化学成分分析方法具有分析周期长，重现性差，操作繁琐，误差大等缺点,同时由于烟草所含的化学成分种类复杂、其组成和相对比例千变万化，以往大量的研究结果表明，难以通过部分的化学成分及其比例来准确的反映其质量品质和特征。而且卷烟烟气的形成是一个高度动态过程，因此需要一种能对卷烟主流烟气进行实时在线、快速、高效的分析方法，才能更准确的反应卷烟主流烟气的真实和完整特征。 红外光谱是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，又称分子振动光谱或振转光谱。在众多检测技术中，红外光谱分析方法凭借其简便性、高效性以及高灵敏性等诸多优势，已成为气体在线分析领域的首选技术之一，并逐渐在各个领域得到广泛应用。本课题通过建立卷烟烟气检测平台、构建中红外检测方法、研究中红外光谱分析方法，对卷烟烟气进行中红外特征分析。探索、建立一种更加高效、快速、客观的卷烟烟气质量特征和风格的鉴定分析方法，为企业卷烟配方建立与维护、数字化配方、香型风格鉴别、评吸人员工作提供指导和辅助。主要研究内容如下： （1）设计并搭建一套高效、快速的卷烟主流烟气的中红外光谱检测平台。该系统有如下特点：傅里叶变换中红外光谱的光谱采集范围为4000~600cm－1，光谱分辨率为4cm－1，包括风冷式中红外光源、KBr分束器、DLATGS探测器和MCT检测器。本实验采用的检测器为MCT检测器，相比于DTGS检测器，其检测灵敏度高，噪声小。配置的AtmosA5气体电池的气室内部采用1个圆形场镜、2个物镜进行三次光的反射，光程长度为5m。Atmos气体电池的镍涂层铝金属体能够使用高达125psi的压力。并配备有气体感温热电偶，可以升级加热至200℃，配有专用加热夹套。本系统配置的抽吸系统为用真空泵制造气体池中的负压，可以维持的真空度范围为－50~0kPa。自主设计的氮气吹扫管路以及抽吸管路通道，保证功能多样化。 （2）建立一套卷烟主流烟气的中红外检测方法，为保证采集到的卷烟主流烟气的中红外光谱数据的可靠性，开展数据稳定性分析以及相关测量参数对中红外光谱数据影响程度研究，以建立更加可靠的卷烟主流烟气中红外光谱检测方法。在数据稳定性分析部分，针对不同的研究目的，得出不同分辨率下光谱数据的稳定性。当光谱仪分辨率为1cm－1时，光谱分析都选择取5支光谱数据的平均值作为一个新数据。当光谱仪分辨率为4cm－1时，光谱分析都选择取3支光谱数据的平均值作为一个新数据。傅里叶变换红外光谱仪针对不同的测量对象，通常来说要调节分辨率、扫描次数。而样品的浓度会直接关系到红外吸收光谱吸收峰的强度，因此还需要探索气体池的真空度对红外光谱数据的影响。得出以下结论：测量卷烟主流烟气的中红外光谱时，光谱仪的分辨率为4cm－1，扫描次数为32次，气体池的真空度为－30kPa。 （3）利用中红外技术开展对卷烟主流烟气及其气相成分的中红外光谱分析，为进一步的利用卷烟主流烟气及其气相成分的中红外光谱特征进行定性、定量分析奠定基础。最后对卷烟主流烟气和其气相成分的差异进行分析。得到以下结论：卷烟主流烟气气相成分中红外光谱图在3185~2581、1760~1650、950~900cm－1区间存在明显差异，峰强度由大到小的卷烟品牌依次为“真龙”（软娇子）、“真龙”（珍品）、“真龙”（起源）、“真龙”（神韵）。卷烟主流烟气中红外光谱图在3700~3550、3185~2581和950~900cm－1区间，峰强度由大到小的卷烟品牌依次为“真龙”（神韵）、“真龙”（软娇子）、“真龙”（珍品）、“真龙”（起源），1460~1150cm－1区间峰强度“真龙”（神韵）大于“真龙”（起源），1040~1080cm－1区间，峰强度由大到小的卷烟品牌依次为“真龙”（软娇子）、“真龙”（神韵）、“真龙”（珍品）、“真龙”（起源）。在3740~3730、2387~2383、2293~2280、1768~1718和706~694cm－1区间内，卷烟主流烟气气相成分吸收峰强度高于主流烟气的吸收峰强度；在3040~2830、1460~1350、1300~1200、1140~980、940~845和692~648cm－1区间内，卷烟主流烟气气相成分释放量低于主流烟气的释放量。 （4）利用主成分分析（PrincipalComponentsAnalysis,PCA）方法对四个牌号样品的卷烟主流烟气气相成分中红外光谱图数据进行降维处理，提取前三主成分作为代表特征。通过数据可视化，可以观察到不同牌号卷烟样品在光谱特征上呈现出明显的类间差异。
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