近紅外光譜分析在制漿造紙工業中的應用
20世紀50年代,**臺近紅外分光光度計在美國誕生,近紅外分析技術開始進入應用領域。90年代以后,隨著計算機技術的快速發展和化學計量學知識的不斷完善,近紅外光譜分析技術也得到了日益**的應用,并成為當今發展*為迅速的分析技術之一。目前,近紅外分析技術正**的應用于食品、農業、石油、化工、紡織、醫藥、**、林業及木材加工等眾多領域。
20世紀80年代,國外學者研究了利用近紅外技術測定硫酸鹽漿的卡伯值,并獲得了良好的測定效果。自此以后,近紅外技術開始在制漿造紙領域內**應用起來。到目前為止,國外有關近紅外在制漿造紙領域的研究和應用已經比較成熟,成為了一種快速、實時成分分析和過程控制的先導技術。
進入20世紀90年代,近紅外光譜分析技術(NIR)作為一門現代測試技術在制漿造紙行業的應用也很**。目前,在造紙行業中,紅外光譜主要用于對纖維素、半纖維素、木素作定性分析和結構分析;研究纖維素的結晶結構;測定紙漿Kappa值;測混合纖維的構成;探測熱磨機械漿的光返黃;測紙張的勻度;測量紙頁的水分和紙板的重量,檢查紙張結構;確定紙頁內的水分含量與分布;確定紙漿中針葉木的含量;以及測量蒸煮鍋放管線中紙漿的卡伯值的對數。另外,紅外光譜技術還可用來測量漿中雜質:用紅外光譜測定硫酸鹽漿中的塵埃點,用漫反射光譜線外分析紙漿中的聚合物雜質;估算紙漿中的硬度;測量涂布的孔隙率和涂布量,測硅酮涂布量;監測紙頁的樹脂層;監測紙漿棉短絨混合物的卡伯值;檢測木纖維中的蠟和苯酚甲醛樹脂含量;檢測絨毛漿中的吸冰劑含量以及檢測涂布紙的涂布層。國外,近紅外光譜技術應用得較早且較多的是對紙漿木材的紙漿產量和化學組成等的預測。
利用近紅外光譜技術快速測定木材水分和氣干密度
采用PLS方法建立針葉木和闊葉木混合模型(即木材模型)和桉木無性系模型,考察樹種對模型質量和預測結果的影響;以決定系數(R2)、交叉驗證均方根偏差(RMSECV)、殘留預測偏差(RPD)和偏移等4個統計量來評價校正模型的質量。研究結果表明,水分含量模型的R2都接近100%,水分含量模型的實測值與預測值的相關性極好;模型的RMSECV值都小于標準方法的誤差,RPD值也都大于10,模型質量極好,水分模型對樣品的預測偏差也都小于標準誤差。氣干密度模型的R2為0.976、RMSECV值為0.0152g/cm3、RPD值為6.47,模型質量好。氣干密度模型對樣品的檢測分析結果偏差為(-0.019~0.02)g/cm2,預測效果很好。水分和氣干密度模型的含量分布都比較均勻,可以采用近紅外光譜技術快速測定木材水分和氣干密度。
近紅外光譜法快速測定木材纖維素、戊聚糖和木質素含量
將106種木材原料,其中包括85種闊葉木和21種針葉木木材削成木片后用原料粉碎機分別磨成細末并用振動篩篩分出40~60目的木粉,再將木粉試樣分別裝入潔凈的自封塑料袋中平衡水分后用于化學和近紅外光譜分析。采用德國Bruker公司的MPA II型傅里葉變換近紅外光譜儀漫反射方式在波數區間(12500~3600)cm-1內采集樣品的近紅外光譜圖,儀器的掃描次數為64次、分辨率為8cm-1。
樣品分成兩集,一集用于交叉驗證,另一集用于檢測分析。采用OPUS軟件對漫反射光譜圖進行一階導數+矢量歸一化(SNV)和一階導數+多元散射校正(MSC)預處理后,選擇(7502~5446)cm-1、(4601~4247)cm-1和(6102~4597)cm-1區間,利用偏*小二乘法(PLS)和完全交叉驗證方式建立樣品纖維素、戊聚糖、Klason木質素含量和光譜數據之間的相關性模型。纖維素、戊聚糖和Klason木質素模型準確性和預測效果較好。近紅外光譜法可以用來快速測定纖維素、戊聚糖和Klason木質素含量。
利用NIR技術測定脫墨漿的殘余油墨
廢紙脫墨效率評價方法的研究是廢紙脫墨研究中一個極其重要的組成部分,目前常采用Eric法測定脫墨漿中的殘余油墨,該方法的**是利用近紅外光譜技術測定脫墨漿中油墨的濃度。在波長1000nm左右時,測出的吸收系數主要反映了油墨的含量(濃度),因此需測定回用漿中油墨的濃度時,就可以在波長1000nm測定其吸收系數。
近紅外光譜分析技術作為迅速崛起的光譜分析技術,在分析測試領域中所起的作用越來越引起人們的關注。近紅外光譜分析技術作為鑒定漿料和紙張特性的重要且常用手段之一,其檢測領域涵蓋了制漿造紙工業的諸多方面,從預測原料特性、到檢測漿料性能、再到分析紙張和填料組成以及監測紙張衰變等領域,紅外光譜分析都具有獨到之處。近紅外在制漿造紙領域的研究和應用已經逐漸成熟,成為了一種快速、實時成分分析和過程控制的先導技術,從而推動我國造紙行業的長遠進步與發展。
