[發(fā)明專利]基于近紅外光譜技術(shù)快速測定制漿材綜纖維素含量的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510633784.6
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105158195A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 房桂干;吳珽;梁龍;崔宏輝;鄧擁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是一種制漿材綜纖維素含量的測定方法，尤其是一種基于近紅外光譜技術(shù)的快速測定制漿材綜纖維素含量的方法。

背景技術(shù)：

綜纖維素是纖維素與半纖維素的總和，在制漿造紙生產(chǎn)中，與紙漿得率有著直接的關(guān)系。而不同樹種不同生長情況的制漿材原料經(jīng)過收集分裝或是搭配混合，來到生產(chǎn)線時綜纖維素含量差異顯著，故而有必要實現(xiàn)綜纖維素含量的快速測定以便及時調(diào)整制漿工藝參數(shù)。但傳統(tǒng)化學(xué)分析方法GB/T2677.10-1995耗時較長且用藥量多，無法滿足快速測定的需求。

近紅外光譜(770～2500nm)屬于分子振動的倍頻與合頻光譜，主要反映了含氫基團X-H(X＝O,C,N,S)的吸收信息，與中紅外相比，盡管近紅外光譜的倍頻或組合頻吸收強度比基頻峰強度低1～3個數(shù)量級，但由于這些弱的吸收帶沒有在MIR吸收帶顯示出邊緣干擾，所以在一個較大的吸收動態(tài)范圍內(nèi)，這些吸收帶強度與被測物濃度之間存在線性關(guān)系，故而近紅外光譜可用于分析含有大量含氫基團樣品的化學(xué)成分；而近紅外光在樣品內(nèi)部發(fā)生反射、折射、衍射、吸收并與樣品內(nèi)部分子相互作用，使得近紅外光譜負(fù)載了樣品的成分與結(jié)構(gòu)信息，可用于分析樣品的物理性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是為了解決制漿材綜纖維素含量測定時消耗大量時間、人力和化學(xué)藥品，且對環(huán)境產(chǎn)生影響的問題，提供一種能夠快速、便捷、無損地對制漿材綜纖維素含量進行分析測定的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種基于近紅外光譜技術(shù)快速測定制漿材綜纖維素含量的方法，步驟是：

第一步，制漿材預(yù)處理：將適齡制漿材去皮，切削成規(guī)格相近木片得到制漿材木片樣品；

第二步，采集紅外光譜數(shù)據(jù)：置于空氣中充分平衡水分后，利用近紅外光譜儀在1600～2400nm波長范圍內(nèi)采集各制漿材木片樣品的原始近紅外光譜數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理；

第三步，粉碎篩選木粉：將各制漿材樣品粉碎并截取粒徑在40目～60目的木粉；

第四步，測定木粉纖維素含量：充分平衡水分后，用化學(xué)方法按GB/T2677.10-1995測定木粉綜纖維素含量；

第五步，建模：根據(jù)測得的綜纖維素含量運用含量梯度法將所有樣品數(shù)據(jù)分為校正集和驗證集，其中校正集樣品數(shù)據(jù)用于預(yù)測模型的建立，驗證集樣品數(shù)據(jù)用于模型的驗證；采用化學(xué)計量學(xué)方法將綜纖維素實測值與其近紅外光譜數(shù)據(jù)對應(yīng)建立綜纖維素預(yù)測模型；剔除異常樣品數(shù)據(jù)，對模型進行優(yōu)化，使模型預(yù)測驗證集樣品的決定系數(shù)R_val²達到0.91以上，相對分析誤差RPD大于3，預(yù)測均方根誤差RMSEP和絕對偏差A(yù)D符合制漿造紙工業(yè)的誤差需求；

第六步，分析：采用建立好的綜纖維素預(yù)測模型對經(jīng)預(yù)處理的未知綜纖維素含量的制漿材木片樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)進行分析，確定綜纖維素含量。

所述制漿材包括桉木、楊木、相思、松木或杉木中的任意種。

第一步中所述木片規(guī)格為20mm×10mm×2mm。

第二步中所述近紅外光譜數(shù)據(jù)為利用近紅外光譜儀采用漫反射方式獲得的吸光度值。

第二步中所述的采集各制漿材木片樣品的原始近紅外光譜數(shù)據(jù)具體是指樣品采集光譜后倒出，重新混合再采樣，每個樣品以此方法采集3次光譜，取平均光譜數(shù)據(jù)作為該樣品的原始近紅外光譜數(shù)據(jù)。

第五步中化學(xué)計量學(xué)方法為偏最小二乘法。

第二步中的預(yù)處理是指采用一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、平滑、多元散射校正、一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化方法中的一種或幾種聯(lián)用，對原始光譜數(shù)據(jù)進行處理。

第五步中所述的建立模型是指通過建模軟件加載校正集數(shù)據(jù)，運用偏最小二乘法和交互驗證確定殘差PRESS值最小時的最佳主成分?jǐn)?shù)，提取最佳主成分?jǐn)?shù)得出的模型即為預(yù)測模型。

有益效果：

按步驟a,b備料和采集近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過建好的預(yù)測模型可以快速、無損地測定制漿材木片中的綜纖維素含量，這與制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)線上對制漿材原料木片綜纖維素含量快速測定的實際要求相吻合。為制漿造紙工業(yè)中實現(xiàn)實時測定與在線分析以便及時調(diào)整制漿工藝參數(shù)提供了可能。

近年來利用近紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)技術(shù)，在近紅外譜圖和樣品信息之間建立數(shù)學(xué)模型，可以快速、高效、無損地預(yù)測未知樣品的信息。眾所周知，木材中含有大量含氫基團，故而近紅外光譜可用于制漿材綜纖維素含量的快速分析。

附圖說明：

圖1為采用本方法建立模型過程中最佳主成分?jǐn)?shù)的確定。