應用正交實驗設計篩選煙草中總氮測定消化條件

彭麗娟，王春瓊，李 苓，龍 杰，趙 琳，劉恩芬

（1.云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站，云南 昆明 650106；2.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650106）

正交設計是一種研究多因素試驗的設計方法，它是在試驗的全部處理組合中，僅挑選部分有代表性的水平組合（處理組合）進行試驗，通過部分實施了解全面試驗情況，從中找出較優(yōu)的處理組合的方法，可以節(jié)省人、財、物和時間，使一些難以實施的多因素試驗得以實施[1-2]。國內(nèi)曾有人做過采用連續(xù)流動分析法測定煙草中總氮含量的研究，對不同的消化條件進行了優(yōu)化[3-5]，在本研究中，我們嘗試采用正交設計對我國煙草行業(yè)標準YC/T 161-2002“煙草及煙草制品總氮的測定—連續(xù)流動法”的消化條件進行了優(yōu)化，確定了最終的試驗條件為：稱樣量0.3g、氧化汞用量0.1g、硫酸鉀用量1g、硫酸用量5mL。

1 實驗部分

1.1 試劑及樣品

所用水為蒸餾水；所用試劑均為分析純級。

緩沖液：溶解44.5g 十二水磷酸氫二鈉、32g氫氧化鈉和50g 酒石酸鉀鈉在約600mL 水中，定容至1000mL，加入2mL 潤滑劑Brij-35；

水楊酸鈉溶液：溶解40g 水楊酸鈉在約600mL 水中，加入1g 亞硝基鐵氰化鈉，定容至1000mL；

次氯酸鈉溶液：加3mL 次氯酸鈉溶液在約60mL 水中，定容至100mL。

實驗所用卷煙為國內(nèi)某一牌號烤煙型卷煙A。

1.2 儀器設備及工作條件

BRAN-LUEBBE AUTOANALYZER III 連續(xù)流動分析儀(德國)，所用實驗條件為儀器商提供的條件；

AIM500-C 消化器（澳大利亞），室溫升至370℃，恒定3h。

1.3 試驗方案設計

采用正交表L9(34) 考察四個因子，每個因子各三水平的實驗條件：稱樣量（0.1g、0.2g、0.3g）、硫酸鉀用量（1g、2g、3g）、硫酸用量（5mL、6mL、7mL）、氧化汞用量（0.1g、0.2g、0.3g）。

樣品按照行業(yè)標準YC/T31-1996“煙草及煙草制品 試樣的制備與水分測定 烘箱法”制備并測定水分；按照煙草行業(yè)標準YC/T 161-2002“煙草及煙草制品總氮的測定—連續(xù)流動法”進行總氮含量測定。

用煙草標物GBW08514 作為質(zhì)量控制樣、用與本實驗相同的儀器和實驗條件測定樣品A六次，六次測定值的平均值為2.06%（2.06%、2.07%、2.04%、2.07%、2.05%、2.08%）。每一實驗的測定值與該平均值的絕對差值作為實驗的最終結(jié)果，此最終結(jié)果越小則該實驗條件越好。

2 結(jié)果分析

2.1 直觀分析

該實驗方案的直觀分析結(jié)果見表1。

表1 直觀分析表

從各個因子的極差看出，每個因子對實驗結(jié)果的影響程度，極差越大則該因子對實驗結(jié)果的影響就越大。據(jù)此可知，四個因子對實驗結(jié)果的影響程度排序為：氧化汞用量＞稱樣量＞硫酸用量＞硫酸鉀用量。

2.2 差分析

假定每一試驗是獨立進行的，每一試驗條件下的試驗指標服從正態(tài)分布，這些分布的均值與試驗的條件有關(guān)，可能不等，但它們的方差是相等的，以硫酸鉀列為誤差列進行方差分析（見表2）。在顯著性水平0.10 上，稱樣量和氧化汞用量都是顯著的，硫酸鉀用量和硫酸用量不顯著；在顯著性水平0.05 上，氧化汞用量是顯著的，稱樣量、硫酸鉀用量和硫酸用量不顯著。對顯著因子稱樣量和氧化汞用量，選用最優(yōu)條件，即稱樣量0.3g、氧化汞用量0.1g，對不顯著因子硫酸鉀用量和硫酸用量，主要考慮節(jié)約實驗成本，選擇硫酸鉀用量1g 和硫酸用量5mL 為最終實驗條件。

表2 方差分析表

2.3 驗證實驗

根據(jù)2.2 部分找到的最優(yōu)條件，即稱樣量0.3 克、氧化汞用量0.1g，進行了兩個驗證試驗，試驗條件分別為：①稱樣量0.3g、氧化汞用量0.1g，硫酸鉀用量1g，硫酸用量5mL；②稱樣量0.3g、氧化汞用量0.1g，硫酸鉀用量2g，硫酸用量6mL。結(jié)果分別為0.46%（兩次結(jié)果0.46%、0.47%的平均值）和0.59%（兩次結(jié)果0.60%、0.58%的平均值），與表1 結(jié)果比較可知，該最優(yōu)條件是令人滿意的。

3 結(jié)論

綜上所述，綜合考慮因子的顯著性水平和試驗成本，最終的消化條件為：稱樣量0.3g、氧化汞用量0.1g、硫酸鉀用量1g、硫酸用量5mL。