标定红外水分仪时易忽视的一个统计问题

　　在烟草工业生产中，物料(烟片、烟梗或烟丝)的水分含量关系到物料的物理性能(如耐加工性)和吸食口味等，是一项重要的质量指标，各个企业通常都对它严格控制。 实际生产中，绝大多数企业选用闭环控制的方法使物料的水分含量稳定在某个设定水平上，其中的测量环节均使用了高性能的在线测量仪器，各种类型的近红外水分测量仪因其简单易用而成为企业的首选。近红外测量是一项应用范围十分广泛的技术手段，它可以用来测量粮食、面粉、木材、烟草等多种物料中的众多成分(如水分、脂肪、糖分和烟碱等)。这项通用技术用于特定场合时必须进行适应性标定，以确定某待测成分的测量基准。 测量烟草物料的水分也不例外，但笔者在实际工作中发现，在评定烟草水分仪标定质量时有一个重要的统计问题却常常被忽视。

　　一、近红外水分测量原理

　　多数物质因自身组成成分不同会吸收特定波长的近红外光，人们利用这个特点使用给定波长的近红外光(测量光)来测量这些成分的含量。如水的强吸收区域在红外光波长1430nm和1945nm处， 丙烯乙二醇对应的波长为2100nm等。 通常，实际测量时在特征波长之外还要使用至少一个参考波长，对该波长的红外光(参考光)，待测物质不会出现强吸收现象。 这样，通过比较从待测样品上反射回来的测量光和参考光的能量差异(吸光度比值)便可以大致确定样品中待测成分的含量。

　　测 量 水 分 时 ， 经 常 使 用 的 近 红 外 波 长 组 是(1230nm、1430nm、1600nm) 和 (1820nm、1945nm、2200nm)。 定量测量前，还需要用水分含量已知的标样来确定和修正测量曲线，这也就是通常所说的标定。

　　二、水分测量仪的标定

　　标定的目的是建立可用的测量曲线。红外水分仪的标定通常分为静态标定和动态标定两种。

　　静态标定使用多组(一般在7组以上)水分已知的标样来建立仪器读数值，或者说仪器内部的信号值(有时也称为X因子)和实际水分值之间的关系，采用回归方法处理数据，一般情况下直线回归已经足够。换句话说，静态标定就是要确定式(1)中的系数span(跨度)和zero(零位)。

　　式中：x———信号值;y———测量出的水分值。动态标定是指仪器安装使用后，通过在线取样来比较样品的仪器值和对应实验室检测值(水分通常用烘箱法测得，故也叫烘箱值)的差异，依据差值对式(1)中的零位做进一步修正，此时跨度保持不变。

　　三、标定质量和卡方分布

　　1.静态标定的质量评定

　　下面以某特定工艺点、特定牌号烟丝的实际标定过程为例，来说明标定的内容及对标定结果(标定质量)的评定。表1为未经静态标定的一台红外水分仪，其显示值(仪器值)和实验室值(烘箱值)的对比结果。