[发明专利]采用近红外光谱技术测量植物纤维材料纤维形态的方法

说明书

技术领域

本发明是关于植物纤维材料中纤维形态模型的建立方法和利用该模型测定纤维形态。

背景技术

随着环保要求的提高，人们越来越倾向于使用绿色环保的天然植物材料。而天然植物材料由于种类不同，加上自身变异性很大，其纤维形态差别很大。而且不同的纤维形态对其利用有着十分重要的作用，所以，纤维形态是植物纤维原料一个非常重要的指标。例如，造纸工业中纤维形态和最终纸的质量息息相关，评价纸张质量最重要指标之一就是纤维长度。

通常测量纤维形态是用电子显微镜，具体步骤是将木片切成火柴梗大小再混合均匀，取样后经水反复煮沸排气后放入盛有冰醋酸与双氧水的混合液中，置于60℃的恒温水浴中，待完全漂白后取出，洗净后放入纤维解离机中充分分解并让试样均匀混合，把分散的单根纤维用番红溶液染色后制成玻片，供测定时用。测定时每个样品测纤维300根以上。这种方法非常耗时，因为试样漂白需要很长的时间，一般在40小时左右，加上其他备样时间及测量时间，一般都需要60小时左右。因此，只适合在实验室中小样品量时采用，不适合大批量的测定。80年代芬兰研究出一种叫Kajaani FS100测量仪器，该仪器利用计算机图像技术可以在短时间内测量大量的纤维长度和宽度，大大提高了纤维的测量效率。近几年来经过改进，形成了kajaani FS200型，很好的解决了Kajaani FS100的不足。但该方法制样过程和传统的一样，还是比较费时。SilviScan是澳大利亚联邦科学工业研究院林业与林产品研究所研发的一种木材材性快速测定仪，目前已经发展到SilviScan-3，它是把X-射线扫描密度计，X-射线衍射计和图像分析装置组成一个体系，可以直接扫描木材，得到图像后分析纤维形态等，分析速度有了极大的提高，但价格昂贵，不能普及。近红外光谱分析技术，是随着计算机技术的发展而发展起来的一种高新分析技术，具有简单，快速，高效，环保，节省检测成本等优点，正得到越来越多的应用并成为发展最快的分析测试技术之一。

从中国知识产权局专利检索数据库的检索表明，关于纤维形态的专利只有两篇，都是根据计算机图像来计算纤维的长度，关于近红外的专利共有200余条，绝大部分集中在近红外光谱仪及其某些部件的研制方面以及各种原料的化学组成等研究，尚未见到用近红外检测植物原料的纤维形态。此外，通过在Google网上专利检索及美国和欧洲等专利查询网站上的检索表明，目前国内外还未曾有专利是利用近红外光谱分析技术来测量植物纤维原料的纤维形态。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于近红外光谱技术的无损检测植物纤维原料纤维形态的方法，采用近红外光谱技术，与传统的纤维形态分析测试手段相比，具有快速、省时、省力、环保等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案步骤如下：a、取不少于50个具有代表性的植物纤维原料样品。b、采用近红外光谱仪测量样品的漫反射光谱。c、对光谱数据进行校正和预处理，用现代多元回归算法建立光谱数据与纤维形态之间的近红外光谱分析数学模型。d、将未知纤维形态的植物纤维原料按步骤b的方法获取其光谱数据，把未知样品的光谱数据经步骤c中的预处理方法处理后，将光谱的特征送入校正模型，即可测定未知样品的纤维形态。

附图说明

图为本发明方法建立的纤维宽度模型

具体实施方式

本发明的典型实施例测量木材的纤维宽度

(1)样品选择；首先选择具有代表性的不同品系和不同树龄的相思树16株，沿树高方向每隔1.5m取一圆盘，根据树高不同每颗树取4-6个圆盘，共取圆盘78个。

(2)扫描谱图；将样品在4000cm-1-12000cm-1谱区内，扫描64次平均成为一个光谱数据，分辨率8cm^-1，采用旋转台以增加采样面积，采集样品的漫反射光谱。

(3)测纤维形态；将制好的木条经水反复煮沸排气后放入盛有冰醋酸与双氧水的混合液中，置于60℃的恒温水浴中，待完全漂白后取出，洗净后放入纤维解离机中充分分解并让试样均匀混合，把分散的单根纤维用番红溶液染色后制成玻片，在纤维细度测定仪上测量纤维宽度。

(4)光谱预处理；获得样本光谱后对光谱数据进行17点平滑处理和二阶导数预处理。

(5)模型的建立；利用多元分析软件中的偏最小二乘法，在上述(3)中测定的纤维宽度和上述(4)处理过的光谱数据间，建立纤维宽度模型。

(6)预测纤维宽度；首先扫描待测样本获取光谱图，获取它们的光谱图时所采用的测量方法，必须同获取参考样本时所采用的测量方法保持一致，比如采样方法、分别率、扫描时间等参数应保持一致。把未知品种样本的光谱特征参数送入校正模型即可测定未知样品的纤维宽度。