[发明专利]一种利用近红外光谱技术快速分析纸浆材中Klason木质素含量的方法

说明书

本发明公开了一种利用近红外光谱技术快速分析纸浆材中Klason木质素含量的方法。该方法采集纸浆材原料的近红外光谱，运用Savitzky‑Golay 13点3倍平滑、多元散射校正及二阶导数的预处理方法预处理原始光谱，选择支持向量机法建立了常见纸浆材中Klason木质素含量的分析模型，模型性能稳定且有广泛的适应性，实现对常见纸浆材中Klason木质素的快速分析。本发明解决了制浆造纸行业中纸浆材Klason木质素含量随原料材种、产地、树龄和生长情况等外界因素变化幅度较大，难以快速分析的问题；克服了传统Klason木质素分析要经过苯醇抽提后用硫酸法测定带来的耗时久，成本高，重复性差等缺点。

技术领域：

本发明是一种快速分析纸浆材中Klason木质素含量的方法，尤其是一种利用近红外光谱技术快速分析纸浆材中Klason木质素含量的方法。

背景技术：

木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键联接而成的芳香族高分子化合物。木质素在纸浆材中作为填充在胞间层和微细纤维之间的“粘合剂”与“填充剂”存在，是原料及纸浆颜色的主要来源。因此纸浆材中木质素含量是制订蒸煮和漂白工艺条件的重要依据。因其含量随原料材种、产地、树龄和生长情况等外界因素变化幅度较大，有必要实时确定生产线上各批次纸浆材原料中的木质素含量以便及时调整制浆工艺参数，改变蒸煮和漂白工艺条件，以实现减少化学品用量，降低生产成本和污染排放的目的。通常制浆造纸工业中用苯醇抽提结合硫酸法测定纸浆材中的Klason木质素含量以代替总木质素含量，但该方法耗时久，步骤繁琐，重复性差且存在一定污染，无法满足快速分析的要求。

近红外光谱属于分子光谱，当分子受到近红外区域(780～2526nm)的电磁波辐射后，分子会吸收部分光能并转化为分子振动能量和转动能量，使得分子振动能级和转动能级从基态向高能级跃迁从而产生吸收光谱，近红外光谱记录了分子化学键的基频振动的倍频与合频吸收，其中又以含氢基团(C-H，O-H，N-H，S-H等)的信息为主。而纸浆材中的Klason木质素中含有大量含氢基团。因此利用近红外光谱结合化学计量学方法，在近红外数据和样本信息之间建立数学模型，可以快速高效的分析纸浆材中Klason木质素的含量。

发明内容：

本发明的目的是为了解决制浆造纸工业因难以快速分析纸浆材Klason木质素含量而引发的化学品用量高，生产成本高等问题，提供了一种利用近红外技术快速分析纸浆材Klason木质素的方法。

本发明采用的技术方案：一种利用近红外技术快速分析纸浆材中Klason木质素含量的方法，步骤是：

第一步，将适龄纸浆材去皮，切削成木片；

第二步，木片经充分平衡水分后，按树种均匀取样；

第三步，从各样本中取出部分木片置于粉碎机中粉碎，得到样本木粉并筛选；

第四步，在特定的环境条件下，利用近红外光谱仪采集各样本的近红外光谱数据；

第五步，对原始近红外光谱数据进行预处理；

第六步，用传统方法测定各样本木粉中的Klason木质素含量，将所有样本按含量梯度法分为训练集和验证集；

第七步，采用支持向量机法确定训练集样本Klason木质素含量测定值和其近红外光谱数据间的对应关系，建立分析模型；

第八步，将验证集近红外光谱数据代入分析模型，得到验证集样本Klason木质素含量的预测值，将预测值与传统方法测定值作对比，评价分析模型性能。

第一步所述适龄纸浆材材种包括但不限于桉木、杨木、相思木，树龄在5～6年。

第二步充分平衡水分的判定是：每隔24h取样品测定水分含量，两次测定值之差小于0.1％时认定样本水分已充分平衡；对样本总量的要求为不低于50个。