[發明專利]一種基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法

有效

• 申請號: 202110089843.3
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112666038B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 臧恒昌;高樂樂;李連;張來旺;鐘亮;董海玲
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02;G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

1.一種基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將干燥樣品置于恒溫恒濕環境中進行吸濕，根據不同時間點下的質量變化，計算不同時間點的吸濕率，并以時間為橫坐標，吸濕率為縱坐標，繪制吸濕曲線；

(2)根據吸濕數據擬合出樣品的吸濕動力學模型，求吸濕平衡時間和平衡吸濕率；

(3)采集樣品吸濕過程不同時間點的近紅外光譜，所述時間點與步驟(1)中的時間點相對應；

(4)對近紅外光譜進行預處理，消除基線漂移，消除因顆粒大小不同而引起的影響，從而提高光譜質量；

(5)分析近紅外光譜中水的特征波段光譜變化，包括OH的第一倍頻區域和OH的組合頻區域，并利用二階導數觀察水的特征峰狀態；

(6)采用主成分分析法對所選特征波段進行分析，選定累積貢獻率達99％以上的主成分進行解釋，即得主成分信息；根據主成分得分與吸濕時間的關系，結合載荷特征，區分出吸濕過程不同階段；

(7)利用步驟(6)得到的吸濕過程不同階段，分段進行二維相關光譜分析，進一步探究吸濕過程中水的細微變化；根據吸濕擾動下，同步譜和異步譜中峰的變化，對吸濕過程水分子的吸附行為進行揭示；

所述步驟(1)中，獲得干燥樣品的操作步驟為：將樣品置于真空干燥箱中105±5℃干燥5-7h，并于干燥器中放置30min冷卻至恒重；所述吸濕的條件為：溫度26±1℃，濕度40±1％，時間間隔t＝10min，共持續4h；

所述步驟(4)中，預處理方法為多元散射校正預處理；

所述步驟(5)中，光譜的特征波段包括OH的第一倍頻區域和OH的組合頻區域，利用二階導數提取出表面水和結合水的特征峰。

2.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述吸濕率為不同時間點下稱量瓶與樣品的總質量Mi減去稱量瓶與初始樣品的總質量M1得到的差值與精密稱定的初始干燥失重樣品質量M0的比值；

其中，i＝0、t、2t、3t…nt min，i的間隔為t min。

3.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(2)中，模型擬合方法選自：雙指數模型、二次曲線方程、Higuchi模型、零級過程、一級過程、Weibull模型，以決定系數R2為指標來評價模型的擬合效果，篩選確定最佳模型。

4.如權利要求3所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，吸濕動力學模型為二次曲線方程擬合所得。

5.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(3)中，光譜采集方法如下：利用近紅外光譜儀采用積分球模塊采集樣品近紅外漫反射光譜，每個樣品重復采集3次，取平均光譜作為樣品原始光譜，以空氣為參比，每小時采集一次背景光譜，掃描范圍為10000-4000cm^-1，分辨率8cm^-1，掃描次數32次，增益2x。

6.如權利要求5所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(3)中近紅外光譜儀采用AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀。

7.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(5)中，OH的組合頻區域為1850-2050nm。

8.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(6)中，前兩個主成分的累計貢獻率為99.94％，根據第二主成分得分變化并結合吸收方程結果，整個吸濕過程可分為三個區域，前1h和中間2h以及最后1h。

9.如權利要求1所述的基于近紅外光譜表征吸濕過程的方法，其特征在于，步驟(7)中，對整個吸濕過程分三個階段進行分析，同步譜中自相關峰位置先紅移后不變，吸附水不斷增多然后達到飽和；異步譜中表面水總是先于結合水變化，直接吸附水的作用力強于間接吸附。