【摘 要】卷烟水分是卷烟重要的物理指标之一，它对卷烟烟丝的均匀度和口味特征都有着重要的影响，卷烟的硬度与水分也有着直接的相关性。
【关键词】卷烟水分；近红外；微波；红外
1、引言
卷烟水分是卷烟重要的物理指标之一，它对卷烟烟丝的均匀度和口味特征都有着重要的影响，卷烟的硬度与水分也有着直接的相关性。实验证明，当卷烟中水分超过14%时，在贮存保管中容易发生走油结块或霉变现象；若水分低于10%时，则会造成贮存时的生化反应变慢，醇化过程延缓，也会使烟叶失去韧性，易产生较多碎片，造成损失。
水分的测量国标方法一直是烘箱法，但烘箱法测量过程较为繁琐，测量时间较长成为其缺点。故需要有快速测量水分的方法。目前烟草行业的水分快速测量方法有以下几种：近红外光谱法；微波测水分法；红外快速测水分法。之前李小玲[1]等人已经对水分的快速测量方法与烘箱法比较进行了研究。但其只研究一种快速测量方法。故需要将这几种方法都与烘箱法进行比较研究
2、卷烟水分快速测量方法简介
近红外光谱法，微波测水分法，红外快速测水分法这几种方法在烟草行业中应用较为广泛，现将几种方法简单介绍：
2.1近红外光谱法测水分
近红外光谱分析其基本原理是利用物质中C-H、N-H、O-H 、S-H及C=O、C=C等基团对近红外光吸收较强的特点，根据有机物质的近红外光谱信息，对相应的物理、化学特征进行定性分析和定量测量。
近红外光谱分析技术作为一种高新的分析技术近年来在烟草行业应用发展迅猛应用广泛。据研究报道[2]，目前近红外光谱分析在烟草化学成分测定方面已经较为成熟,涉及到的测定指标范围已经很广泛,但在近红外光谱分析辅助卷烟配方设计、卷烟结构分析、辅助卷烟感观质量评价以及生产的过程质量控制的研究仅有较少报道,该领域仍需要研究工作者继续进行开创性的工作。红塔烟草集团最早提出将近红外光谱分析技术应用于卷烟叶组配方方面的研究，湖南中烟工业将近红外光谱分析技术应用于配方烟叶替代方面的研究，上海烟草集团使用近红外技术对全国烟叶基地烟叶质量的一致性进行研究与控制。
近红外光谱分析技术应用于卷烟水分的快速测量中的方法是通过选取一定数量的样品卷烟，测量它们水分的近红外光谱图，以建立卷烟水分的模型。采用该模型对验证集的样品进行了验证，得到了正确的评价结果。以确定近红外法在卷烟水分快速测量中的应用。
2.2微波测水分法
微波是一种波长短、频带宽、方向性好和贯穿介电材料能力强的电磁波，具有能穿透声衰减很大的非金属材料的特性，因此可用来检测大多数非金属和复合材料内部的缺陷，例如非金属材料的湿度、各种胶接结构与蜂窝结构件中的分层、脱粘、金属件表面粗糙度和裂纹、密度、混合物固化度、板材厚度、线径和微小位移等。微波检测的方法主要有穿透法、反射法、干涉法、散射法、全息法以及CT法。
微波法测水分的基本原理是应用谐振频率为2000～3000兆赫的微波，高精确性测量其谐振。当微波在传输中经过含有水分的物质时，一部分电磁能就被水分子接收而使微波强度有所衰减。另一方面，电场对水分子中氧离子、氢离子正反的转化影响谐振频率。
2.3红外快速测水分
红外快速测水分基本原理是应用红外光谱法剖析物质中水分的含量。红外光波是一种电磁波，各类电磁波都具有必然的能量，不同的波长有不同的能量。各类物质对电磁波的能量都有接收，但这种接收是有选择性的，不同分子对所接收的电磁波的波长也不同，一种分子只能接收某一种或几种波长的电磁波，而对其他波长的电磁波的能量则不具有接收才能。
3、卷烟水分快速测量方法的比较研究
3.1试验设备仪器
BRUKER近红外光谱仪，索定微波水分仪，InfraLab实验室用红外水分仪，Binder烘箱
3.2试验方法
首先选取一定量的卷烟试样，将其均匀分成4组（每组200份试样），用烘箱法分别对近红外水分法、微波测水分法、红外测水分法的模型进行优化，删除模型中的奇异点，重新计算，提高模型的预测准度，使几种快速测量方法达到最佳。再选取一定量的卷烟试样，将其均匀分成4组（每组30份试样），分别对优化后的几种快速测量方法和烘箱法测量进行水分的测量分析比较，寻找几种快速方法的适宜性和适用范围，并比较几种方法的优缺点。
4、试验结果与分析
4.1近红外水分法试验结果与分析
采用多元回归PLS1（偏最小二乘法）方式进行计算建立定量校正数学模型。并对数据进行t检验保证其模型可用性。
通过试验并对数据分析处理得表1，从中得到近红外其相关性R2为0.9591在0.95以上，证明建立的模型是适用的。对使用优化后模型的近红外水分法与烘箱法对比，由表1可知30组测量数据的烘箱与近红外平均值偏差为0.14，说明近红外方法快速测量水分较为准确，且测量速度较快，但适用范围较小，在预测模型极限边界附近准确性较低，中心附近准确性较高，故需要定期对其模型进行较定，建议为每季度校正一次。可用于在线的快速测量。
4.2微波法测水分试验结果与分析
采用仪器设定自带的方法测量水分，发现其与烘箱的测量真实值相差较大，水分平均偏差达到1%左右，通过一元方程斜率法对建立的模型进行校正，并对数据进行t检验保证其模型可用性。
从表1中可得到微波法测量水分其相关性R2为0.9674在0.95以上，证明建立的模型是适用的。对使用优化后模型的微波法与烘箱法测量水分对比，30组测量数据的烘箱与近红外平均值偏差为0.19，说明微波法测量水分比近红外准确性差，但在其边界附近与中心附近测量水分的准确性相近。说明模型一致性好，但微波法需要对不同的叶组配方的卷烟需要建立不同的试验模型，且互相不通用。故其适用范围较近红外法小，不易在产品生产线上快速测量使用。但微波法测量水分不需要破坏卷烟，同时可以测量卷烟的密度，故对需要无损测量卷烟水分时使用较为适合。同时测量卷烟的密度可以对卷烟的卷制有指导意义。
4.3红外法测量水分试验结果与分析
采用红外水分仪设定自带标准卷烟水分曲线测量卷烟水分，，通过一元方程斜率法对曲线校准，并对数据进行t检验保证其模型可用性。
从表1中可得到红外法测量水分其相关性R2为0.9543在0.95以上，说明建立的模型是适用的。通过对使用优化后模型的红外法与烘箱法测量水分对比，30组测量数据的烘箱与近红外平均值偏差为0.15，与近红外法和烘箱偏差比较接近，与微波法比较偏差相差较大，说明使用红外法与近红外法测量适用性较为接近。但其需要对不同的叶组配方的卷烟需要建立不同的试验模型，且互相不通用。虽然其边界值附近与中心值附近准确性相等。故其校正周期较短，需要每月校正一次。与微波法比较其与烘箱法偏差没有微波大，适用性比微波好，但不能处理无损样品的水分测量。
5、结束语
通过对几种快速测测量卷烟水分方法的对比分析，得知近红外法测量准确性较高，适用范围较高，宜为卷烟制丝的在线水分分析，但需要定期每季度校正模型一次为宜。微波法测量准确性较差，适用于需要卷烟无损测量，且可以测量卷烟密度，但受叶组配方影响故其最适用卷烟巻制时在线的水分快速测量。红外法测量准确性与近红外接近，但其测量受叶组配方影响且其校正时间周期短故可以在某些地方代替近红外方法测量卷烟水分。