發布時間：2020-03-10所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：為快速測定卷煙中總氮的含量，采用元素分析法和連續流動分析法對700個卷煙樣品分別檢測其總氮含量，運用元素分析法測定數據建立總氮預測模型，并通過111個卷煙樣品對所建模型進行驗證實驗。結果顯示，模型總氮預測值與連續流動分析法總氮測定值的相對
摘要：為快速測定卷煙中總氮的含量，采用元素分析法和連續流動分析法對700個卷煙樣品分別檢測其總氮含量，運用元素分析法測定數據建立總氮預測模型，并通過111個卷煙樣品對所建模型進行驗證實驗。結果顯示，模型總氮預測值與連續流動分析法總氮測定值的相對偏差在4%以內，通過配對樣品T檢驗進一步驗證，在顯著性水平大于0.05時，兩種方法不存在顯著性差異，表明應用元素分析法測定含量數據建立的模型可快速預測卷煙中總氮的含量，適合用于卷煙樣品中連續流動分析法總氮含量的預測，為卷煙品質評價提供了一種新的方法。
關鍵詞：卷煙元素分析法連續流動分析法總氮
煙草是我國重要的經濟作物，煙葉含碳量和含氮量是碳代謝和氮代謝產物的集中體現。總氮含量低的卷煙吃味平淡，而含量高則有較大刺激性，燃燒時產生濃烈辛辣的煙氣[1]。在合適的含氮比例下，煙葉不僅香味和吸味最優，化學成分也比較協調。因此測定煙草中的總氮含量對監控卷煙品質有重要意義[2]。
目前測定煙草中含氮量的方法有克達爾法[3，4]、凱氏定氮法[5]、近紅外光譜(NIRS)、傅里葉變換近紅外光譜法(FT-NIR)[6，7]、間接連續流動法[8]、電感耦合等離子發射光譜法(ICP-AES)[9，10]、納氏試劑分光光度法[11]、連續流動分析法(CFA)[12，13]、元素分析法(EA)[14]等。常用的方法主要分兩類：干燒法和濕燒法[15，16]，其代表方法為杜馬法和凱氏法。
元素分析法測定總氮含量實用性高，具有推廣價值，在農業、食品業、礦業、煤炭、石油化工等行業已被廣泛應用[17-22]，本工作主要研究目標為，分析同一批卷煙樣品采用元素分析法和連續流動分析法檢測出的總氮含量數據之間的關系，建立總氮含量關系的數學模型最終達到運用元素分析法替代連續流動分析法檢測總氮，進而符合國內煙草行業檢測標準。
1試驗部分
1.1樣品的采集
2016～2017年卷煙樣品811個，其中含一類卷煙數目占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個卷煙樣品作為建模樣品，111個卷煙樣品作為驗證樣品。
1.2儀器與試劑
MarcoCube元素分析儀(德國Elementar公司);BT25S電子天平(感量：0.01mg，最大量程：21g，德國賽多利斯科學儀器有限公司);AutoAna-lyzer3連續流動分析儀(簡稱：AA3，德國SEAL-ANALYTICALGMBH公司);消化器(VELP5600，香港嘉盛科技有限公司)
硫酸銨(純度≥99.999%，Aldrich公司);磺胺(N含量16.25%，標準樣品);銀絲(純度≥99%，德國Elementar公司);三氧化鎢(純度≥99.9%);線狀銅(純度≥99%);錫箔舟(4mm×4mm×11mm，山西洽諾斯科技有限公司);氦氣(純度≥99.999%，佛山市科的氣體化工有限公司);氧氣(純度≥99.995%，佛山市科的氣體化工有限公司)。
次氯酸鈉(活性氯含量≥7.50%，廣州化學試劑廠);氯化鈉(純度≥99.5%，廣州化學試劑廠);水楊酸鈉(純度≥99.5%，國藥集團化學試劑有限公司);亞硝基鐵氰化鈉(純度≥99.0%，北京劉李點福利化工廠);L-(+)-酒石酸鉀鈉四水化合物(純度≥99.0%，CNW);氫氧化鈉(純度≥96.0%，國藥集團化學試劑有限公司);硫酸(純度≥95.0%，國藥集團化學試劑有限公司);硫酸鉀(純度≥99.0%，廣州化學試劑廠);氧化汞(純度≥99.5%，姜堰市環球試劑廠);十二水合磷酸氫二鈉(純度≥99.0%，國藥集團化學試劑有限公司)
1.3試驗方法
1.3.1對卷煙制品進行處理及水分測定。
按YC/T31-1996《煙草及煙制品試樣的制備和水分測定烘箱法》[23]的方法將卷煙樣品剖開，取出煙絲制備成煙末試樣，并測定樣品中的水分含量。
1.3.2元素分析法測定卷煙樣品中的總氮含量。
稱取50mg的待測樣品，精確至0.01mg，用錫箔舟緊密包裹后排空放入自動進樣盤中進樣，其檢測條件為：氦氣壓力設置為：0.16MPa;氦氣流量：600mL/min;氧氣壓力設置為0.2MPa;氧氣流量：60mL/min;石英燃燒管中催化劑為純度99.9%的三氧化鎢，燃燒爐溫度：1150℃;還原管中放置線狀銅和銀絲，還原爐溫度：850℃;第1次加氧時間：50s;第2次加氧時間：100s[14]。
當每批樣品進行檢測前，準確稱取5.00～6.00mg磺胺4個，采用元素分析儀連續測定磺胺4次，獲得總氮日校正系數。每檢測20次樣品后應測定1～2次磺胺，用以檢測系統的穩定性，并及時調整日校正系數。
校準曲線的制作：用磺胺建立儀器總氮的校準曲線(20～25個點)，該曲線通常3～6個月后需要重新繪制1次，保存于工作站中。
1.3.3連續流動分析法測定卷煙樣品中的總氮含量。
稱取0.1g待測樣品煙末于消化管中，精確至0.0001g，加入氧化汞0.1g，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。采用連續流動分析儀對標準液和樣品液進行總氮含量的檢測[13]。
期刊推薦：《分析儀器》(雙月刊)創刊于1970年，由中國儀器儀表行業協會和北京分析儀器研究所(北京北分儀器技術公司)主辦，國內外公開發行。本刊主要反映分析儀器和儀器分析技術的發展動態;報導分析儀器科研成果、新型儀器和儀器的改進;探討分析儀器和儀器分析的有關理論;推廣分析儀器的應用技術;交流分析儀器使用和維修經驗;介紹分析儀器和儀器分析方法的基礎知識等。
2結果與討論
2.1元素分析法和連續流動分析法兩種方法測定總氮的比較
元素分析法測定總氮只需要把卷煙樣品磨成一定目數的粉末，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定。檢測樣品時間遠高于稱取樣品的時間(樣品前處理)，因此稱樣的時間和速度并不影響測樣效率，樣品按順序放進樣品孔后，把儀器設置自動運行，完成測試儀器將自動進入休眠狀態。連續流動分析法測總氮的前處理時間較長，其操作步驟包括稱取樣品、配制試劑、樣品消化和連續流動分析儀檢測等步驟，過程繁瑣，需要大量的酸堿、劇毒品和高溫下操作等條件，其中包括硫酸和氧化汞等，存在一定危險性。在樣品消化的過程中酸會揮發，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，儀器分析時間明顯優于連續流動分析法。此外，元素分析法節約大量試劑和人力資源的成本，自動化程度高，檢測的安全系數高，工作環境無污染，已被越來越多國家[24]和專業組織機構[25-29]所采用，適合大批樣品的測定，更能滿足測試高峰期的測樣需求[30]。為此，元素分析法相對于連續流動分析，為一種更綠色環保高效的檢測方法。
連續流動分析法測定總氮并不包括硝態氮。卷煙中硝態氮含量的差異與卷煙類型[31-32]、煙葉產地[33]、調制過程[34]、配方等有一定關系。江偉等人研究[35]發現在樣品硝態氮含量較高時，連續流動分析測氮法所測結果低于元素分析法，對硝態氮含量低的樣品，兩種方法測定結果沒有顯著差異。周冰群等人研究[36]發現運用元素分析法測定再造煙葉中總氮含量結果應用比值系數K(K=DN/LN)進行換算即可代替連續流動分析法結果。國內煙草行業主要采用連續流動分析法測定煙草的總氮含量，原因有三點：(1)部分煙草單位僅擁有連續流動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，只能采用連續流動分析法測總氮;(2)連續流動分析法所測定的總氮指標已成為保障原料和成品煙質量穩定的重要參考;(3)在年度煙草行業能力驗證等共同實驗中，各單位需要在同一個水平，用同一種方法測定總氮含量數據，通過比對實驗數據掌握各實驗室對該方法的測試分析技術水平。
2.2兩種趨勢預測方法的比較，建立相關性較好的模型
回歸分析是一種統計分析方法，它可以對具有相互聯系的數據，根據其關系形態，研究變量之間相關關系，建立一個合適的數學模型，用于預測和控制的作用[37]。本實驗所用的兩種不同的測氮法所得的數據間雖然不能找到它們之間的精確表達式，但是通過大量的總氮含量數據，可以發現它們之間存在著一定的統計規律性，建立線性回歸一次表達方程為：y=0.8489x+0.1659，R2=0.8215，而多項式二次擬合表達方程為：y=0.2369x2-0.3988x+1.7971，R2=0.8292;兩種方式的表達所建立模型的相關性較為接近，采用元素分析法檢測111個卷煙的總氮數據代入模型，結果(表1)顯示，線性回歸一次模型總氮預測值與連續流動法總氮測定值絕對值之差在5%以內的卷煙樣品有69個，而二次擬合模型的數量為75個。說明二次擬合模型(圖1)中元素分析法所預測的總氮值能較好地表示連續流動分析法所測的總氮指標化學值。
2.3模型的預測效果
2.3.1模型預測的準確性
為了檢驗所建模型預測值的準確性，通過111個卷煙對模型進行驗證實驗，將卷煙樣品用元素分析法測出總氮數據代入模型，預測連續流動分析法測出總氮的含量，并與連續流動分析法總氮測定值進行對比。結果(表2)顯示，模型總氮預測值與連續流動分析法總氮測定值基本一致，兩者相對偏差在4%以內，利用同一牌號不同批次生產的卷煙為驗證樣品，通過SPSS19.0統計分析軟件配對樣品T檢驗[38]進一步驗證，由(表3)數據計算求得t值，在顯著性水平大于0.05時，兩種方法不存在顯著性差異(查ta，f值表，當顯著水平a=0.05時，自由度f=6，t0.05，6=2.45)，即沒有系統誤差，說明所建模型的預測準確性較高，適合用于卷煙樣品中連續流動分析法總氮含量的預測。
2.3.2模型預測的重復性和靈敏度的比較
隨機抽取5個卷煙樣品，每個樣品分別用兩種方法各進行6次檢測，結果(表4)得出通過模型算出總氮值標準偏差小于2.2%;而連續流動法測出總氮值標準偏差小于4.9%。數據表示，兩種方法測定卷煙總氮的精密度高，穩定性好。相比之下，前者具有更好的穩定性。可能由于連續流動分析法在消化過程中氮元素轉化成氨氣造成流失，導致連續流動分析法測定總氮結果的標準偏差較大。
檢出限是評價分析方法的重要指標，可用于評估檢測方法的優劣[39]。采用不同含量標準物質多次檢測結果，以標準偏差對含量作關系曲線，通過該曲線外推計算出方法的檢出限[40，41]。利用元素分析法測定5mg的磺胺(最低標準含量)10次，用3倍測量值標準偏差對應的濃度作為檢出限，用10倍測量值標準偏差對應的濃度作為定量限，得出元素分析法測總氮的檢出限和定量限分別是19.14μg和63.81μg;采用連續流動分析法對含氮量為0.8mg的硫酸銨溶液(最低標準濃度)檢出10次，用3倍測量值標準偏差對應的濃度作為檢出限，用10倍測量值標準偏差對應的濃度作為定量限，得出連續流動法測總氮的檢出限為228.99μg，定量限為763.32μg，數據表明，元素分析法具有更好的靈敏度。
3結論
元素分析法是一種相對簡便、快速、穩定性好、靈敏度高、試劑用量少、綠色環保的檢測方法，還能通過觀察儀器軟件的相關參數判斷吸收劑或其它耗材的使用情況并及時更換相應的填充物質，避免資源浪費，適用于快速批量測定卷煙中總氮含量。
將元素分析法與連續流動分析法測定卷煙樣品中總氮含量數據進行比較，建立兩種方法的關聯，得到多項式二次擬合表達方程：y=0.2369x2-0.3988x+1.7971，R2=0.8292的模型公式，并對模型進行驗證實驗，結果表示，利用所建模型得出連續流動分析法總氮的預測結果與煙草行業標準方法的檢測結果較為接近，準確度高、重復性好，該預測模型可以快速檢測卷煙中的總氮含量，提高檢測效率，為卷煙品質的評價提供一種新的方法，對于元素分析法廣泛應用于卷煙中總氮含量的檢測分析提供重要的技術依據。
SCISSCIAHCI
