基于惰性氛围下非等温热分析的烟草元素含量检测方法技术

基于惰性氛围下单扫描速率非等温热分析的烟草元素含量检测方法，包括以下步骤：a、采集烟草惰性氛围下的单扫描速率非等温TG、DTG曲线：b、实验检测烟草C、O、N元素含量；c、构建模型；对步骤a、b中使用的烟草数据集进行分类，分成训练集和测试集样品；对于训练集样品，采用化学计量学算法建立基于TG或者DTG曲线的烟草C、O、N元素含量预测模型；d、验证模型：将测试集样品由a步骤测得的TG或者DTG曲线输入到c步骤得到的模型中，将模型预测出的C、O、N元素含量与元素分析仪检测结果进行对比，从而验证和评价模型的准确性e、应用模型。本发明专利技术的方法能为元素数据在烟草领域的深化应用提供有利的支撑。本发明专利技术利用该热失重曲线进行烟草热解特性分析、烟草品质评价的同时能够实现对其元素分析数据的预测，避免了元素分析仪或元素分析经典法的额外使用。典法的额外使用。典法的额外使用。

【技术实现步骤摘要】
基于惰性氛围下非等温热分析的烟草元素含量检测方法


[0001]本专利技术涉及烟草原料
，尤其涉及基于惰性氛围下单扫描速率非等温热分析的烟草元素含量检测方法。

技术介绍

[0002]作为重要的能源，煤和生物质可通过多种能量转换途径转化为更有价值的能量形式，例如热量和化学品，其中最有效的就是热转化过程，包括燃烧、气化、热解和碳化等。由于不同品种、不同产地的原料的性能差异较大，在热转化反应之前，有必要对原料性质进行表征，用以评估其热转化特性。目前，元素分析数据是评价煤和生物质能量性质的最常用指标，元素分析包含碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)五种元素的含量，他们是组成原料有机组分的最主要元素。这些指标和热转化过程的转化效率、产热量、产物生成等密切相关。
[0003]作为一种特殊的生物质材料，烟草在抽吸过程中，主要发生热解、燃烧两类化学反应，事实上，卷烟自身可以看作是一个微型的生物质热转化器。烟草的元素分析在烟气的生成、燃烧锥温度场分布等指标预测方面有很大的应用前景。另一方面，元素分析结果本质上是反映烟草整体化学组成的数据，而烟草的化学组成是品质的物质基础。因此，从理论上，元素分析结果与烟草品质之间存在关联，该数据在烟草品质的数字化预测和表征方面具备相当的潜力。然而，受限于烟草种类繁多，目前烟草元素分析数据的采集工作难度较大，依赖元素分析仪的传统检测方法经济成本高，尤其是O元素的检测模式与C、H、N、S元素差异较大，需要独立进行检测，或者是用差减法即100％减去C、H、N、S、水分、灰分的含量求解O元素含量，但是这种方法又需要额外检测烟草的水分、灰分含量，费时费力。建立烟草元素分析数据的高效、低成本检测方法是深化该数据在烟草领域应用的必要条件。
[0004]烟草热分析方法是研究原料热解特性以及烟气释放过程的重要手段，目前在烟草品质评价、烟气生成预测等方面得到了行业广泛应用。利用惰性氛围下单扫描速率非等温热分析方法获取的烟草热失重(TG)或者是热失重微分(DTG)曲线能从化学反应角度来间接体现烟草的化学组成，其形状是由烟草原料的物理化学性质包括物质组成、化合物之间存在的复杂交联结构以及微观孔隙等综合决定的，包含的信息非常丰富。
[0005]本专利技术中，我们选择惰性氛围下单扫描速率非等温TG或者DTG曲线作为能表征烟草物理化学特征性的数据，结合化学计量学方法，建立了基于惰性氛围下的单扫描速率非等温热分析方法的烟草C、O、N元素定量分析模型，实现了这三种元素含量的快速、准确分析，有效的降低了检测成本。其中，C和O是烟草中含量最高的两种元素，N含量对烟草品质评价至关重要，烟草中的重要感官有效成分烟碱是N元素的主要来源。

技术实现思路

[0006]为克服上述问题，本专利技术提供一种基于惰性氛围下单扫描速率非等温热分析的烟草元素含量检测方法。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：基于惰性氛围下单扫描速率非等温热分析的烟草元素
含量检测方法，包括以下步骤：
[0008]a、采集烟草惰性氛围下的单扫描速率非等温TG、DTG曲线：利用热分析仪，在氮气氛围下，先将样品在100℃保持5
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30min，进行脱水预处理，之后将样品以一定升温速率升温至900℃，记录该升温过程中的烟草热失重TG曲线，对该曲线进行微分处理得到对应的热失重微分DTG曲线；
[0009]b、实验检测烟草C、O、N元素含量：利用元素分析仪对烟草中C、O、N元素含量进行测定；
[0010]c、构建模型：对步骤a、b中使用的烟草数据集进行分类，分成训练集和测试集样品；对于训练集样品，采用化学计量学算法建立基于TG或者DTG曲线的烟草C、O、N元素含量预测模型；
[0011]d、验证模型：将测试集样品由a步骤测得的TG或者DTG曲线输入到c步骤得到的模型中，将模型预测出的C、O、N元素含量与元素分析仪检测结果进行对比，从而验证和评价模型的准确性；
[0012]e、应用模型：对未知元素分析结果的烟草样品，利用步骤a同样的方法检测TG或者DTG曲线，代入模型中得到相应样品的C、O、N元素含量预测值。
[0013]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，具有如下优良效果：
[0014](1)与依赖元素分析仪的传统检测方法相比，有效降低了检测成本。
[0015](2)元素分析数据作为衡量热转化效率和产物生成状况的最基本指标，在煤、生物质热转化工业领域引起了广泛关注。但目前，元素分析数据在烟草这种特殊的生物质材料体系中的应用未见报道。本专利技术首次建立了一种基于惰性氛围下的单扫描速率非等温热失重或热失重微分曲线的烟草元素含量预测模型，能够实现烟草元素含量的快速、准确测定，最终为元素分析数据在烟草领域的深化应用提供有利的支撑。
[0016](3)惰性氛围下的单扫描速率非等温热分析方法是研究烟草热解特性以及烟气释放过程的重要手段，作为表征烟草的常规指标之一，目前在烟草行业得到了广泛应用。在利用烟草热失重或热失重微分曲线进行烟草热解特性分析、烟草品质评价的同时能够实现对其元素含量的预测，避免了元素分析仪或元素分析经典法的额外使用。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的流程框图。
[0018]图2是49种烟草样品的热失重微分(DTG)曲线。
[0019]图3a
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c是基于DTG曲线的烟草C、O、N元素含量预测模型回归系数。
[0020]图4a
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c是基于DTG曲线的烟草C、O、N元素含量预测模型得出的49个烟草样品预测
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真实结果散点图，其中O为训练集数据，*为测试集数据。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]在本专利技术的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0023]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0024]参照附图，一种基于惰性氛围下单扫描速率非等温热重的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于惰性氛围下非等温热分析的烟草元素含量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、采集烟草惰性氛围下的单扫描速率非等温TG、DTG曲线：利用热分析仪，在氮气氛围下，先将样品在100℃保持5
‑
30min，进行脱水预处理，之后将样品以一定升温速率升温至900℃，记录该升温过程中的烟草热失重TG曲线，对该曲线进行微分处理得到对应的热失重微分DTG曲线；b、实验检测烟草C、O、N元素含量：利用元素分析仪对烟草中C、O、N元素含量进行测定；c、构建模型：对...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭钰涵，王辉，毕一鸣，戴路，杜芳琪，李海峰，戚奇杰，陈晓水，田雨农，吴继忠，
申请(专利权)人：浙江中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：