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近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用
2013-08-30
近年來(lái)，近紅外光譜(Near-Infrared Spectroscopy—NIR)作為迅速崛起的光譜分析技術(shù)在分析測(cè)試領(lǐng)域中所起的作用越來(lái)越引起人們的關(guān)注。在1997年分析化學(xué)與應(yīng)用光譜學(xué)匹茲堡會(huì)議(Pittcon’97)上，關(guān)于近紅外光譜方面的文章有178篇，NIR反射光譜仍然是這次會(huì)議的重要話題。由此可見(jiàn)，由于在樣品分析時(shí)基本不需處理，且不破壞和消耗樣品，自身又無(wú)環(huán)境污染，所以近紅外光譜作為一種快速分析測(cè)試儀器|儀表正在被越來(lái)越多的分析工作者認(rèn)識(shí)和使用，同時(shí)也受到工業(yè)控制領(lǐng)域的關(guān)注。在1998年分析化學(xué)與應(yīng)用光譜學(xué)匹茲堡會(huì)議(Pittcon’98)上，推出的聲光可調(diào)濾光片(AOTF)和近紅外探頭已成功地用于近紅外在線過(guò)程監(jiān)控儀器中，用以監(jiān)測(cè)聚合物粘度、酸數(shù)、添加劑、聚合度等。進(jìn)入90年代以來(lái)，NIR作為一門(mén)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)已基本成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，從最初的食品行業(yè)，迅速滲透到石油、化工、環(huán)境和生化等行業(yè)，在工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量分析檢測(cè)方面發(fā)揮了突出的作用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在過(guò)程控制方面獲得了廣泛的成功。
2近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用
目前世界范圍內(nèi)漿和紙的產(chǎn)量和質(zhì)量正不斷增長(zhǎng)，若僅僅依靠提供優(yōu)質(zhì)的纖維原料和改進(jìn)制漿造紙工藝來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)是不夠的，還必須研制和使用一些新型的過(guò)程分析儀器和傳感器。隨著近紅外光譜技術(shù)和光譜數(shù)據(jù)處理軟件的進(jìn)展，為開(kāi)發(fā)新型的過(guò)程分析儀器提供了新的途徑。下面介紹的NIR在制漿造紙過(guò)程中的應(yīng)用，雖然絕大部分應(yīng)用情況目前仍然局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)必定為現(xiàn)場(chǎng)分析和測(cè)控，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)變。
2.1檢測(cè)紙頁(yè)涂料中的水分含量
在400～1100nm的范圍內(nèi)，采用透過(guò)模式，分析涂料混合物中的水分含量。雖然，由于涂料中懸浮顆粒的存在使測(cè)量的重現(xiàn)性受影響，但是對(duì)于連續(xù)流動(dòng)的涂料，卻可以避免這個(gè)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。
2.2確定紙漿中針葉木的含量
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，取兩個(gè)樣品分別用于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值和在線測(cè)量值。雖然在線測(cè)量值的誤差比預(yù)期的要大，但是測(cè)量結(jié)果仍然表明NIR可以用于確定紙漿中的針葉木含量。
2.3測(cè)量混合木漿的卡伯值
采用反射模式，取27個(gè)樣品在2180nm處用于標(biāo)定曲線，9個(gè)樣品作為測(cè)試集，測(cè)量誤差為5.6%。雖然測(cè)量結(jié)果表明NIR可能用于測(cè)量混合木漿的卡伯值，但是測(cè)量誤差能否被工業(yè)過(guò)程所接受，還有待考究。
2.4測(cè)量蒸煮鍋噴放管線中紙漿的Kno(卡伯值的對(duì)數(shù))
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，測(cè)量紙漿的Kno。在1672nm處進(jìn)行一元線性回歸，測(cè)量誤差為1.0%；由于波長(zhǎng)波動(dòng)的影響，再引入1436nm進(jìn)行多元線性回歸，使測(cè)量誤差下降為0.5%。
2近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用
目前世界范圍內(nèi)漿和紙的產(chǎn)量和質(zhì)量正不斷增長(zhǎng)，若僅僅依靠提供優(yōu)質(zhì)的纖維原料和改進(jìn)制漿造紙工藝來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)是不夠的，還必須研制和使用一些新型的過(guò)程分析儀器和傳感器。隨著近紅外光譜技術(shù)和光譜數(shù)據(jù)處理軟件的進(jìn)展，為開(kāi)發(fā)新型的過(guò)程分析儀器提供了新的途徑。下面介紹的NIR在制漿造紙過(guò)程中的應(yīng)用，雖然絕大部分應(yīng)用情況目前仍然局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)必定為現(xiàn)場(chǎng)分析和測(cè)控，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)變。
2.1檢測(cè)紙頁(yè)涂料中的水分含量
在400～1100nm的范圍內(nèi)，采用透過(guò)模式，分析涂料混合物中的水分含量。雖然，由于涂料中懸浮顆粒的存在使測(cè)量的重現(xiàn)性受影響，但是對(duì)于連續(xù)流動(dòng)的涂料，卻可以避免這個(gè)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。
2.2確定紙漿中針葉木的含量
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，取兩個(gè)樣品分別用于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值和在線測(cè)量值。雖然在線測(cè)量值的誤差比預(yù)期的要大，但是測(cè)量結(jié)果仍然表明NIR可以用于確定紙漿中的針葉木含量。
2.3測(cè)量混合木漿的卡伯值
采用反射模式，取27個(gè)樣品在2180nm處用于標(biāo)定曲線，9個(gè)樣品作為測(cè)試集，測(cè)量誤差為5.6%。雖然測(cè)量結(jié)果表明NIR可能用于測(cè)量混合木漿的卡伯值，但是測(cè)量誤差能否被工業(yè)過(guò)程所接受，還有待考究。
2.4測(cè)量蒸煮鍋噴放管線中紙漿的Kno(卡伯值的對(duì)數(shù))
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，測(cè)量紙漿的Kno。在1672nm處進(jìn)行一元線性回歸，測(cè)量誤差為1.0%；由于波長(zhǎng)波動(dòng)的影響，再引入1436nm進(jìn)行多元線性回歸，使測(cè)量誤差下降為0.5%。
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