本發(fā)明涉及一種分析裝置，尤其是一種主流煙氣真?zhèn)舞b別分析裝置，還涉及利用該裝置進行主流煙氣真?zhèn)舞b別的方法，屬于儀器分析領域。

背景技術：

我國是一個卷煙生產大國，卷煙產量高，生產牌號眾多。雖然國家采取各種措施，不斷加強煙草專賣管理，但仍有大量假冒卷煙流入市場，嚴重損害了國家、企業(yè)和消費者的利益。因此,卷煙打假既是卷煙生產企業(yè)和煙草執(zhí)法監(jiān)督部門所探討和研究的重要問題之一,也是廣大卷煙消費者共同關注的話題。

在卷煙打假過程中，最關鍵是能夠即時地辨假和定假，才能把制造和銷售假煙的不法分子及時繩之以法。雖然，隨著卷煙工業(yè)的不斷發(fā)展和進步，卷煙產品使用了各種先進的防偽技術，但大多防偽技術往往應用于卷煙包裝之上，如熒光技術、激光全息圖等。然而，隨著現代科學技術的高度發(fā)展，制假和冒牌的技術也日益提高，出現了假冒偽劣卷煙高科技化，造成了假煙和真煙在外包裝上越來越難以區(qū)分，達到了以假亂真的程度。僅僅憑借常規(guī)的手段，如通過識別外觀特征或防偽標識來辨別卷煙的真假已越來越力不從心。尤其是在遇到外在包裝和內在品質都很相似的偽造產品時，僅從外觀防偽技術來做鑒定就顯得捉襟見肘了。

進而，目前開始使用儀器鑒別檢驗法、評吸鑒別檢驗法及感觀鑒別檢驗法來進行鑒別，在這三種鑒別方法之中，感觀鑒別檢驗法是最常用的一種卷煙真?zhèn)舞b別方法，但是，在實際鑒別工作中，感官鑒別檢驗法和評吸鑒別檢驗法都會受到多種因素的影響，如煙絲配方的變化、檢測人員的職業(yè)水平和經驗等，都可能會影響卷煙真?zhèn)闻卸ǖ臏蚀_性。儀器鑒別檢驗法雖然也被列為鑒別卷煙真?zhèn)蔚姆椒ㄖ?，但并沒有具體的檢驗項目和內容。針對這一領域也有相關研究，例如采用近紅外光譜檢測技術建立定性數學模型對卷煙真?zhèn)芜M行判別、對主流煙氣指標進行因子分析和聚類分析來輔助判別卷煙真?zhèn)?卷煙真?zhèn)舞b別的近紅外定性分析方法[j].煙草科技,2008,11:5-8.)。但這些方法都存在各自的局限性，例如近紅外技術雖然可以很好的建模預測卷煙中的某些宏觀指標的含量，如總糖、總氮、煙堿、氯等。但受制于其靈敏度的局限，其對煙草中大多數微、痕量物質的表征和預測并不理想。同時由于“三絲”的幾何結構和填充存在一定不均勻性，所以在用近紅外作分析時，容易受到煙絲、梗絲、薄片漫反射光的干擾和影響，影響分析結果的準確性。

采用主流煙氣指標進行評價，可以有效的克服上述的問題，但由于主流煙氣的成分極為復雜，其氣相部分的收集檢測難度又較大，已有的捕集方法都只能收集到主流煙氣中的某些穩(wěn)定組分，難以捕捉活潑的中間氣體產物。

因此，目前對主流煙氣的研究仍停留于離線檢測，只能實現煙氣中的某些特定成分檢測和分析，難以滿足產品鑒別精準評估的需求。所以，急需研究開發(fā)一種準確性更高的卷煙真?zhèn)舞b別的裝置和方法。

技術實現要素：

為解決上述難題以直接利用卷煙主流煙氣特性對真?zhèn)尉頍熯M行分析和鑒別的問題，本發(fā)明提出一種主流煙氣真?zhèn)舞b別分析裝置，具體方案如下：

一種主流煙氣真?zhèn)舞b別分析裝置，包括依次連接的吸煙機、加熱裝置、過濾裝置、環(huán)形光纖池、紅外光入射裝置和檢測裝置，環(huán)形光纖池包括環(huán)形池體、設于環(huán)形池體一端的進樣口、設于環(huán)形池體另一端的出樣口，紅外入射裝置設于出樣口一側，檢測裝置設于進樣口一側，過濾裝置出口與環(huán)形池體的進樣口相連，吸煙機和加熱裝置之間還設有緩沖氣供氣裝置，還包括與吸煙機、加熱裝置、過濾裝置、環(huán)形光纖池、紅外光入射裝置、緩沖氣供氣裝置和檢測裝置連接的plc控制器。

進一步地，環(huán)形池體為環(huán)形空芯毛細管柱，內徑為0.2mm，長10m，其內壁涂覆有ag/agi復合涂層，ag和agi的物質的量之比為1：1，涂層厚度為0.15μm。

進一步地，環(huán)形池體兩端設有三通閥，進樣端的三通閥一端與環(huán)形池體連接，另一端與檢測裝置連接，剩余一端為進樣口，出樣端的三通閥一端與環(huán)形池體連接，另一端與紅外入射裝置連接，剩余一端為出樣口，出樣口與真空泵相連。

進一步地，所述加熱裝置包括管體、設于管體中的煙氣通道、設于煙氣管道與管體之間的導熱材料、設于煙氣通道周圍的加熱元件和若干溫度傳感器。

進一步地，所述管體為空芯矩形塑料體，煙氣通道為薄層銅管，加熱元件為設于煙氣通道周圍的加熱電阻絲，所述加熱電阻絲為包圍所述煙氣通道的矩形框架，所述導熱材料為纖維狀硅酸鋁棉，若干溫度傳感器設于加熱電阻絲附近，加熱電阻絲和若干溫度傳感器與plc控制器連接。

進一步地，所述過濾裝置濾片孔徑為2μm。

進一步地，所述檢測裝置為二極管陣列檢測器，所述紅外光入射裝置為二維相關紅外光譜儀。

本發(fā)明涉及的使用上述的裝置進行主流煙氣真?zhèn)舞b別的方法，包括如下步驟：

（1）紅外入射裝置的開機及預處理：打開紅外入射裝置進行預熱，中紅外光譜一前一后發(fā)射，用緩沖氣吹掃加熱裝置、過濾裝置和環(huán)形光纖池中殘留的空氣，然后關閉進樣口處的閥門，關閉緩沖氣供氣裝置，打開出樣口處的閥門，并抽真空，然后關閉出樣口的閥門；

（2）背景采集：打開環(huán)形光纖池進樣口閥門，收集實驗環(huán)境中的惰性氣體作為背景，進樣至壓力表示數穩(wěn)定時，關閉進氣閥；采集二維中紅外光譜信號，并以此信號作為背景信號，信號測定兩個平行樣，直至信號穩(wěn)定為止；

（3）煙氣的產生和前處理：打開高壓氣瓶控制閥，調節(jié)緩沖氣的流量為1-10ml/min，通過吸煙機分別抽吸待測卷煙，產生的煙氣依次經過加熱裝置和過濾裝置，準備進入氣體池，產生的煙氣與緩沖氣的體積比為1：5-10；

（4）采集光譜：吸煙機開始抽吸卷煙5s左右，打開出樣口的閥門，并再次快速抽真空，關閉出樣口閥門，打開進樣口閥門，使產生的煙氣進入到氣體池中，待進樣口壓力表示數穩(wěn)定后，關閉進氣閥，采集樣品的紅外光譜，描次數至少24次；

（5）數據分析：以自適應背景扣除算法對步驟（4）所得紅外光譜進行預處理，以提升信號的信噪比；再按常規(guī)計算濾波后信號的主成分得分，該得分即為該樣品卷煙的主流煙氣的整體特征。

進一步地，步驟（1）中，吹掃時間為2min，真空度抽到-100.00kpa；步驟（3）中，一共收集10次，每次35ml；步驟（4）中，真空度抽到-100.00kpa。

進一步地，所述卷煙煙氣抽吸裝置每次抽吸為一口，容量為35ml，每只卷煙收集第2～7口，共6口的主流煙氣。

與現有技術相比，本發(fā)明具備的優(yōu)點及效果如下：

本發(fā)明的環(huán)形光纖氣體池為空芯光纖結構，其內壁涂覆有ag/agi復合涂層，使得入射光源在空芯光纖內形成多次反射而延長光與物質交互作用的光程，能夠更高效地提升待測體系的紅外吸收強度，從而降低檢出限，提高分析的精密度和準確性。

本發(fā)明加熱裝置結構具有優(yōu)良的傳熱性能，立方體狀的加熱電阻絲便于更好的傳熱，設置溫度傳感器便于調節(jié)加熱絲的加熱效率。

本發(fā)明設計并應用空芯光纖波導二維紅外光譜，紅外入射裝置為二維相關紅外光譜儀，具備高靈敏度（ppm級別），檢測裝置采用二極管陣列檢測器，帶有一個20hz的高速二極管保證數據采集更加迅速，使窄峰獲得更精確的重現；帶一個20位a/d轉換器提供了更好的基線噪音數字分辨率，減少定量錯誤；光束使用數百個二極管陣列，并且在整個光譜波段上有響應，且數字分辨率可達到1.2nm，可實現對主流煙氣氣相物的動態(tài)實時檢測和在線監(jiān)控，可以突破卷煙真假鑒別的技術瓶頸。在光譜數據積累的基礎上，應用數理統計分析技術，從光譜數據中準確提取出真煙（標桿煙）主流煙氣的整體特征信息，并構建有效、簡便、快速的儀器鑒別方法。適用于卷煙主流煙氣的整體特征的分析檢測，無需放置劍橋濾片對粒相部分單獨捕集，能直接收集主流煙氣的整體光譜信息，通過背景扣除和數據預處理，可以增強儀器分析的靈敏度，結合計量學計算方法可以方便的計算樣品的主成分（pca）得分，得分即表征了該樣品的主流煙氣整體特征，可用該得分對不同品牌的卷煙進行真?zhèn)蔚蔫b別。整個鑒別過程快速、準確、靈敏度高，對卷煙產品提質增效和新產品研發(fā)提供有效的技術支撐?？赏茝V應用于云煙（軟珍品）、玉溪（軟）、云煙（大重九）等云產卷煙主力規(guī)格品牌的真?zhèn)舞b別中，為規(guī)范卷煙銷售市場、保護消費者的合法權益提供有效的技術支撐和前沿技術解決方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的加熱裝置的結構示意圖；

圖3為實施例的煙氣樣本的原始紅外光譜；

圖4為實施例的煙氣樣本經預處理后的紅外光譜；

圖5為實施例的煙氣樣本紅外光譜的主成分得分圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是對本發(fā)明一部分實例，而不是全部的實例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，本實施例的主流煙氣真?zhèn)舞b別分析裝置，包括依次連接的吸煙機1、加熱裝置2、過濾裝置3、環(huán)形光纖池4、紅外光入射裝置5和檢測裝置6，環(huán)形光纖池4包括環(huán)形池體4.1、設于環(huán)形池體4.2一端的進樣口、設于環(huán)形池體4.2另一端的出樣口，紅外入射裝置5設于出樣口一側，檢測裝置6設于進樣口一側，過濾裝置3出口與環(huán)形池體4的進樣口相連，還包括與吸煙機1、加熱裝置2、過濾裝置3、環(huán)形光纖池4、紅外光入射裝置5和檢測裝置6連接的plc控制器。吸煙機1和加熱裝置2之間還設有提供緩沖氣的高壓氣瓶8，高壓氣瓶8口設有控制閥，控制閥與plc控制器連接。出樣口連接真空泵。

環(huán)形池體4.1為環(huán)形空芯毛細管柱，內徑為0.2mm，長10m，其內壁涂覆有ag/agi復合涂層，ag和agi的物質的量之比為1：1，涂層厚度為0.15μm。

環(huán)形池體兩端設有三通閥，進樣端的三通閥4.2一端與環(huán)形池體連接，另一端與檢測裝置連接，剩余一端為進樣口，進樣口上設有第一閥門4.3，檢測裝置連接口設有第二閥門4.4，出樣端的三通閥4.7一端與環(huán)形池體4.1連接，另一端與紅外入射裝置5連接，該連接口設有第三閥門4.5，剩余一端為出樣口，出樣口上設有第四閥門，出樣口與真空泵相連，第一、二、三、四閥門由plc控制器控制，三通閥為不銹鋼。

加熱裝置2包括管體2.2、設于管體2.2中的煙氣通道2.1、設于煙氣通道2.1與管體2.2之間的導熱材料2.5、設于煙氣通道2.1周圍的加熱元件2.3和若干溫度傳感器2.4。作為優(yōu)選，管體2.2為空芯矩形塑料體，煙氣通道2.1為薄層銅管，加熱元件2.3為設于煙氣通道2.1周圍的加熱電阻絲，加熱電阻絲為包圍所述煙氣通道的矩形框架，導熱材料2.5為纖維狀硅酸鋁棉，若干溫度傳感器2.4設于加熱電阻絲附近，加熱電阻絲和若干溫度傳感器與plc控制器連接。管體2.2材質為采用耐熱性和耐磨性優(yōu)良且市場價格適中的熱塑性聚酯pbt/pet工程塑料。加熱電阻絲材質為cr/ni合金，外層包裹無堿玻璃纖維絕緣材料。

過濾裝置為可采用sm450（英國cerulin公司）吸煙機專用的煙支夾持裝置作為過濾裝置，其中放置一個2μm孔徑的專用濾片，當主流煙氣經過夾持裝置濾片時可以過濾掉碳顆粒等較大粒徑的雜質。

檢測裝置可采用model6000型（美國supersystemsinc公司）二極管陣列檢測器，紅外光入射裝置可采用spectrum100二維相關紅外光譜儀，spectrumv6.3.5操作軟件（美國perkinelmer公司），光譜儀可以發(fā)射快慢不同的兩束紅外光譜，紅外光譜的測定范圍為3500~400cm^-1，光譜間相位差范圍為（-π、π）。吸煙機1、加熱裝置2、過濾裝置3與環(huán)形光纖池4之間通過韌性優(yōu)良且具有一定耐壓性的銅管連通。

吸煙機采用rm1/puls單孔道吸煙機（德國borgwaldtkc公司）；用于抽吸卷煙并生成主流煙氣。

緩沖氣采用性質穩(wěn)定的惰性氣體，例如n2、he等，氣體由高壓氣瓶供氣，氣體流量控制在1-10ml/min以內，氣體可以對主流煙氣起到緩沖和穩(wěn)定的作用，防止主流煙氣中的高活性分子之間產生彈性碰撞而淬滅。真空泵可采用d60c德國萊寶公司的機械泵。煙氣和惰性氣體的體積比始終在1:5-10。

實施例2

利用實施例1的裝置進行主流煙氣真?zhèn)舞b別分析。

1、試劑與材料：

除另有規(guī)定外，所用試劑均為分析純。

氮氣：n2（純度≥99.99%）。

材料：玉溪品牌正品卷煙、玉溪品牌假冒卷煙。

本實施例的主流煙氣真?zhèn)舞b別的方法，包括如下步驟：

（1）二維紅外光譜的開機及預處理：打開二維紅外光譜，二維光譜信號為一前一后發(fā)射的中紅外光譜，設置其前后兩條光譜間相差5秒，并進行預熱，用惰性氣體吹掃加熱裝置、過濾裝置和環(huán)形光纖池中殘留的空氣，其中，惰性氣體為氮氣，吹掃時間為2min，然后關閉進樣口處的進氣閥，關閉高壓氣瓶控制閥，打開與機械泵相連接的光纖出口處的出氣閥門，并用外接的機械泵將氣體池的真空度抽到-100.00kpa，關閉機械泵及與樣品池連接的閥門；

（2）背景采集：打開環(huán)形光纖池的進樣口閥門和高壓氣瓶控制閥，并通入氮氣，以收集實驗環(huán)境中的惰性氣體作為背景，進樣至壓力表示數穩(wěn)定時，關閉進氣閥，一共收集10次，每次35ml空氣；檢測裝置采集中紅外光譜信號，并以此信號作為背景信號，信號可測定兩個平行樣，直至信號穩(wěn)定為止；

（3）煙氣的產生和前處理：通過單通道吸煙機分別抽吸待測卷煙（玉溪品牌正品卷煙、玉溪品牌假冒卷煙），產生的煙氣依次經過加熱裝置和過濾裝置，準備進入氣體池，打開高壓氣瓶控制閥，調節(jié)惰性氣體的流量為10ml/min，使所產生的煙氣與惰性氣體的體積比為1:10；不收集燃燒不完全的第一口主流煙氣，每只卷煙收集第2～7口，共6口的主流煙氣。玉溪品牌正品卷煙和玉溪品牌假冒卷煙各生成5個主流煙氣樣本，編號前1～5為玉溪品牌正品卷煙的主流煙氣樣本，編號6～10為玉溪品牌假冒卷煙的主流煙氣樣本。

（4）采集光譜：在步驟（3）單通道吸煙機開始抽吸卷煙5s左右，打開出樣口處的閥門，并打開機械泵重新快速將氣體池真空度抽至-100.00kpa，關閉機械泵及其與氣體池相連接的閥門，打開進樣口處的閥門，使步驟（3）產生的煙氣進入到氣體池中，待進樣口壓力表示數穩(wěn)定后，關閉進氣閥，分別采集樣品的紅外光譜。儀器掃描次數25次，以加大掃描次數以提升信噪比，光譜分辨率為1cm^-1；如圖3所示；

（5）數據分析：采用chempattern軟件（科邁恩科技有限公司，中國）的紅外光譜法解決模塊，以自適應背景扣除算法對光譜數據進行預處理，以提升信號的信噪比，如圖4所示；再按常規(guī)計算濾波后信號的主成分得分（pc1和pc2），兩個主成分得分對原始變量的方差解釋率分別為：81.74%和16.45%。見下表1，該得分即為該樣品卷煙的主流煙氣的整體特征：

表1不同樣品的主成分得分

（6）驗證：通過兩個主成分得分（pc1和pc2）在坐標軸所圍成的模式空間里的分布情況可以觀察兩類煙草樣品的區(qū)分度，并予以分類。

圖3顯示了煙氣樣本的原始紅外光譜，由圖可見，兩類煙氣樣本的區(qū)分度較低，但從重現性而言，高靈敏紅外氣體光譜技術具備良好的重現性。對圖3中的光譜進行了自動扣除背景操作，如圖4所示，為了進一步驗證圖4中的煙氣特征的細微差別，對圖4中的光譜進行了主成分分析，所得結果如圖5所示。由圖5可見，本發(fā)明的方法準確提取了兩類不同煙氣樣本的細微特征差別，借助化學計量學技術，有望進一步應用于不同品類煙氣的準確區(qū)分。

編號1～10的樣品通過計算獲得各自的主成分得分，主成分得分在坐標軸圍成的模式空間中處于不同的位置，其中1～5號樣品為圓球形，處于模式平面的第三象限，圍成一個圓圈，是玉溪品牌正品卷煙；而6～10號樣品處于一、四象限，為綠色方塊，也聚成為一類，是玉溪品牌假冒卷煙?？梢姡景l(fā)明應用于真?zhèn)尉頍熤髁鳠煔獾蔫b別，具備良好的應用潛力。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。