近红外光谱分析在制浆造纸工业中的应用

20世纪50年代,**台近红外分光光度计在美国诞生,近红外分析技术开始进入应用领域。90年代以后,随着计算机技术的快速发展和化学计量学知识的不断完善,近红外光谱分析技术也得到了日益**的应用,并成为当今发展*为迅速的分析技术之一。目前,近红外分析技术正**的应用于食品、农业、石油、化工、纺织、医药、**、林业及木材加工等众多领域。

20世纪80年代,国外学者研究了利用近红外技术测定硫酸盐浆的卡伯值,并获得了良好的测定效果。自此以后,近红外技术开始在制浆造纸领域内**应用起来。到目前为止,国外有关近红外在制浆造纸领域的研究和应用已经比较成熟,成为了一种快速、实时成分分析和过程控制的先导技术。

进入20世纪90年代,近红外光谱分析技术(NIR)作为一门现代测试技术在制浆造纸行业的应用也很**。目前,在造纸行业中,红外光谱主要用于对纤维素、半纤维素、木素作定性分析和结构分析;研究纤维素的结晶结构;测定纸浆Kappa值;测混合纤维的构成;探测热磨机械浆的光返黄;测纸张的匀度;测量纸页的水分和纸板的重量,检查纸张结构;确定纸页内的水分含量与分布;确定纸浆中针叶木的含量;以及测量蒸煮锅放管线中纸浆的卡伯值的对数。另外,红外光谱技术还可用来测量浆中杂质:用红外光谱测定硫酸盐浆中的尘埃点,用漫反射光谱线外分析纸浆中的聚合物杂质;估算纸浆中的硬度;测量涂布的孔隙率和涂布量,测硅酮涂布量;监测纸页的树脂层;监测纸浆棉短绒混合物的卡伯值;检测木纤维中的蜡和苯酚甲醛树脂含量;检测绒毛浆中的吸冰剂含量以及检测涂布纸的涂布层。国外,近红外光谱技术应用得较早且较多的是对纸浆木材的纸浆产量和化学组成等的预测。

利用近红外光谱技术快速测定木材水分和气干密度

采用PLS方法建立针叶木和阔叶木混合模型(即木材模型)和桉木无性系模型,考察树种对模型质量和预测结果的影响;以决定系数(R2)、交叉验证均方根偏差(RMSECV)、残留预测偏差(RPD)和偏移等4个统计量来评价校正模型的质量。研究结果表明,水分含量模型的R2都接近100%,水分含量模型的实测值与预测值的相关性极好;模型的RMSECV值都小于标准方法的误差,RPD值也都大于10,模型质量极好,水分模型对样品的预测偏差也都小于标准误差。气干密度模型的R2为0.976、RMSECV值为0.0152g/cm3、RPD值为6.47,模型质量好。气干密度模型对样品的检测分析结果偏差为(-0.019~0.02)g/cm2,预测效果很好。水分和气干密度模型的含量分布都比较均匀,可以采用近红外光谱技术快速测定木材水分和气干密度。

近红外光谱法快速测定木材纤维素、戊聚糖和木质素含量

将106种木材原料,其中包括85种阔叶木和21种针叶木木材削成木片后用原料粉碎机分别磨成细末并用振动筛筛分出40~60目的木粉,再将木粉试样分别装入洁净的自封塑料袋中平衡水分后用于化学和近红外光谱分析。采用德国Bruker公司的MPA II型傅里叶变换近红外光谱仪漫反射方式在波数区间(12500~3600)cm-1内采集样品的近红外光谱图,仪器的扫描次数为64次、分辨率为8cm-1。

样品分成两集,一集用于交叉验证,另一集用于检测分析。采用OPUS软件对漫反射光谱图进行一阶导数+矢量归一化(SNV)和一阶导数+多元散射校正(MSC)预处理后,选择(7502~5446)cm-1、(4601~4247)cm-1和(6102~4597)cm-1区间,利用偏*小二乘法(PLS)和完全交叉验证方式建立样品纤维素、戊聚糖、Klason木质素含量和光谱数据之间的相关性模型。纤维素、戊聚糖和Klason木质素模型准确性和预测效果较好。近红外光谱法可以用来快速测定纤维素、戊聚糖和Klason木质素含量。

利用NIR技术测定脱墨浆的残余油墨

废纸脱墨效率评价方法的研究是废纸脱墨研究中一个极其重要的组成部分,目前常采用Eric法测定脱墨浆中的残余油墨,该方法的**是利用近红外光谱技术测定脱墨浆中油墨的浓度。在波长1000nm左右时,测出的吸收系数主要反映了油墨的含量(浓度),因此需测定回用浆中油墨的浓度时,就可以在波长1000nm测定其吸收系数。

近红外光谱分析技术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。近红外光谱分析技术作为鉴定浆料和纸张特性的重要且常用手段之一,其检测领域涵盖了制浆造纸工业的诸多方面,从预测原料特性、到检测浆料性能、再到分析纸张和填料组成以及监测纸张衰变等领域,红外光谱分析都具有独到之处。近红外在制浆造纸领域的研究和应用已经逐渐成熟,成为了一种快速、实时成分分析和过程控制的先导技术,从而推动我国造纸行业的长远进步与发展。