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近红外光谱用于快速分析制浆木片材性的研究

陈帅帅  
【摘要】:化学浆和化学机械浆的生产通常以木片为制浆原料,而制浆木片的一些主要特性如种类、混合情况、水分含量、纤维素和木素含量等都会直接影响蒸煮加药量和产品质量,对木片材性进行快速而准确的检测是纸浆生产质量控制的关键。本文利用低分辨率便携式近红外光谱仪,对快速分析几种常用的制浆木片材性的可行性进行了研究,并在此基础上依托INSION微型近红外光谱仪,采用delphi7、Visual C#等可视化编程工具开发了一套适合工业现场使用的能够快速分析制浆木片材性的在线分析系统。主要工作及结论如下:(1)近红外法检测木片水分含量可行性研究。以国产阿达玛光谱仪采集4种常见制浆材(尾细桉、蓝桉、马占相思、厚荚相思)木片以及混合木片(蓝桉与马占相思混合)的近红外光谱,建立其水分含量校正模型。结果表明,使用低分辨率近红外光谱仪采集的木片光谱数据,经过化学计量学方法预处理后能够建立比较可靠的水分含量预测模型,但是在选择校正集样品时,应当要使其尽可能地包含当前生产中所采用的各品种木片以及相应的混合木片。(2)近红外法检测制浆材木素、综纤维素含量可行性研究。首先使用分辨率低的阿达玛近红外光谱仪采集制浆材木片的光谱,然后将木片磨成粉末,再使用分辨率高的傅里叶近红外光谱仪采集相应的光谱。分别以两种光谱数据建立酸不溶木素和综纤维素的定量预测模型。结果表明,使用低分辨率光谱也能建立比较精确的木素、综纤维素含量预测模型,并且能达到高分辨率相近的效果。但是由于木质素含量难以直接测量而且容易存在误差,在建立模型时要注意测定参比值务必准确。(3)近红外法快速鉴别制浆木片种类前瞻性研究。首先对4种木材的木粉近红外光谱进行主成分分析,再对不同混合比例的混合木片进行分类识别。结果表明,桉木与相思木的光谱之间存在较大差异,能够利用近红外法进行快速识别;对木片光谱进行多元散射校正能够消除批次差异;使用近红外法能够实现木材混合比例的快速识别。(4)制浆木片材性在线分析系统设计。该系统选用德国INSION微型光谱仪作为近红外光谱采集装置,能够实现对生产线上的木片材性进行快速定性或者定量分析。系统硬件部分除光谱仪外还包括光源、光纤、制浆木片预处理平台等;软件部分包括光谱采集软件和数据处理软件。在实验室中的测试结果表明,目前利用该系统对制浆木片的某些材性进行快速检测分析是可行的。


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