近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用

《近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用近红外光谱技术因其快速崛起而被越来越多的人关注及认识，在分析检测方面作用尤为突出， 在控制方面也获得了广泛的成功。 本文就近红外光技术的发展现状和制浆造纸工业发展的需要， 介 绍了近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用。1 、近红外光谱的发展现状近年来，近红外光谱 (Near-InfraredSpectroscopy NIR) 作为迅速崛起的光谱分析技术在分析 测试领域中所起的作用越来越引起人们的关注。在 1997 年分析化学与应用光谱学匹兹堡会议 (Pittcon 上，97关) 于近红外光谱方面的文章有178 篇， NIR 反射光谱仍然是这次会议的重要话题。

2、由此可见，由于在样品分析时基本不需处理，且不破坏和消耗样品，自身又无环境污染，所以近红 外光谱作为一种快速分析测试仪器仪表正在被越来越多的分析工作者认识和使用， 同时也受到工业 控制领域的关注。在 1998 年分析化学与应用光谱学匹兹堡会议 (Pittcon 9上8)，推出的声光可调滤 光片(AOTF)和近红外探头已成功地用于近红外在线过程监控仪器中，用以监测聚合物粘度、酸数、 添加剂、聚合度等。进入 90 年代以来， NIR 作为一门现代测试技术已基本成熟，其应用领域迅速 扩大，从最初的食品行业，迅速渗透到石油、化工、环境和生化等行业，在工艺控制、产品质量分 析检测方面发挥了突出的作用，并创

3、造了巨大的经济效益，在过程控制方面获得了广泛的成功。2、近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用 目前世界范围内浆和纸的产量和质量正不断增长， 若仅仅依靠提供优质的纤维原料和改进制浆 造纸工艺来促进生产是不够的， 还必须研制和使用一些新型的过程分析仪器和传感器。 随着近红外 光谱技术和光谱数据处理软件的进展，为开发新型的过程分析仪器提供了新的途径。下面介绍的 NIR 在制浆造纸过程中的应用， 虽然绝大部分应用情况目前仍然局限于实验室内， 但将来的发展趋 势必定为现场分析和测控，实现从实验室走向生产现场的转变。2.1 检测纸页涂料中的水分含量在4001100nm的范围内，采用透过模式，分析涂料混合物

4、中的水分含量。虽然，由于涂料 中悬浮颗粒的存在使测量的重现性受影响，但是对于连续流动的涂料，却可以避免这个问题， 从而实现在线测量。2.2 确定纸浆中针叶木的含量在 1100 2500nm 的范围内，采用反射模式，取两个样品分别用于校准实验室测量值和在线 测量值。虽然在线测量值的误差比预期的要大，但是测量结果仍然表明NIR 可以用于确定纸浆中的针叶木含量。2.3 测量混合木浆的卡伯值采用反射模式，取 27 个样品在 2180nm 处用于标定曲线， 9 个样品作为测试集，测量误差为 5.6% 。虽然测量结果表明 NIR 可能用于测量混合木浆的卡伯值，但是测量误差能否被工业过程所 接受，还有待考究

5、。2.4 测量蒸煮锅喷放管线中纸浆的 Kno（ 卡伯值的对数 ）在11002500nm的范围内，采用反射模式，测量纸浆的 Kno。在1672nm处进行一元线性 回归， 测量误差为 1.0%; 由于波长波动的影响， 再引入 1436nm 进行多元线性回归， 使测量误差下 降为 0.5% 。2.5 测量纸页的水分和纸板的重量采用反射模式， 利用水在 1940nm 处的特征吸收测量纸页中的水分;纸板重量的变化在 21002500nm 的范围内表现明显，在 2346nm 处进行一元线性回归。结果表明， NIR 对纸页的水分和纸 板的重量均很敏感。 由于样品本身的不均匀性， 所以测量扫描时样品的面积应该

6、较大， 以取平均值。2.6 监测纸页的树脂层采用反射模式，在 11002500nm 的范围内分析样品，结果发现，由于未经涂布的纸在1688nm 、1766nm 和 2160nm 无特征吸收，所以可以避开纸页的影响。在 2160nm 标定曲线，误 差为 0.7% 。2.7 监测纸浆棉短绒混合物的卡伯值采用反射模式，在 11002500nm 的范围内分析样品，在 1680nm 进行一元线性回归，误差 为1.2 个卡伯值，标定的有效范围为 3.4 33.9 个卡伯值。此结果对干、湿纸浆棉短绒混合物均适 用。2.8 检测薄页纸上的聚硅酮层含量对8个聚硅酮浓度为 0.69% 5.67%的薄纸页样品在 1

7、1002500nm 的范围内进行扫描，在 1744nm 进行一元线性回归，误差为 0.2% 。2.9 检测木纤维中的蜡和苯酚树脂含量采用反射模式，在 11002500nm 的范围内，分别对蜡的浓度为 0.3% 2.4% 的木纤维样品 和苯酚树脂的浓度为 1.3% 4.3% 的木纤维样品进行扫描。在 2158nm 处标定苯酚树脂，误差为 0.4%; 在 1728nm 处标定蜡，误差为 0.1% 。2.10 检测干木浆中的木素含量采用反射模式，在 11002500nm 的范围内，对木素浓度为 5.7% 33.6%的木浆进行扫描。 在 2172nm 和 1556nm 处进行多元线性回归，误差为 1%

8、 。2.11 检测木纤维中的蜡和苯酚甲醛树脂含量采用反射模式，在 11002500nm 的范围内，扫描木纤维、纯蜡、经冷冻干燥的苯酚甲醛树 脂及含有蜡和苯酚甲醛树脂的木纤维，发现纤维中的蜡在 2250nm 、2310nm 和 1725nm 均有特征 吸收，而树脂则在 1980nm 处有特征吸收。2.12 检测绒毛浆中的吸水剂含量采用反射模式，在 11002500nm 的范围内，对吸水剂浓度为 0.00% 44.9%的绒毛浆样品 进行扫描，在 1752nm 处标定，误差为 6% 。2.13 检测涂布纸的涂布层在11002500nm的范围内，对涂料浓度为012%的涂布纸，利用光纤测量NIR反射光谱

9、,在 2316nm 处标定，误差为 0.1% 。但是还不能排除纸页中无机物的影响。3、展望由上述可见，近红外光谱在制浆造纸行业应用广泛， 具有很好的应用前景。特别是将近红外光 谱用于测定纸浆中木素含量或步伯值，近年来已成为国际上制浆造纸行业分析测试领域的热门话 题。但是，其中要注意的问题有： (1)对于不同的浆种，必须重新标定曲线和方程 ;(2) 纸浆主要成分 是碳水化合物，具有吸湿性，所以在测定其光谱时应该在同一周围环境下进行，减少水分干扰，从 而减少误差 ;(3) 考虑到纸浆成分的复杂性， 用近红外光谱进行纸浆的定量分析， 最好采用导数光谱， 多特征吸收峰的多元回归方法，来测定纸浆中的木素含量。原文地址： http:/