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    近红外光谱技术在造纸工业中的应用

    时间：2023-04-10 15:35:04 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    卢芳华

    (泰安百川纸业有限责任公司 山东 泰安 271221)

    由于优质木材资源供应短缺，选择各种木材资源混合造纸已经成为趋势，但不同材料化纤形状、化学成分的差异将直接与造纸特性和纸制品质量有关，因此需要对原材料进行定性评价和材料分析，合理调整原材料质量控制，防止能耗和时间浪费。采用传统的方式对造纸原料进行分析，不仅分析过程繁琐，而且不能促进实时交流检验。因此，公司通常选择高剂量、高能耗的措施来保证售后服务，导致乳化剂消耗和污水控制严重。近红外线(Near-infrared,NIR)光谱分析技术已广泛应用于幼苗、花卉、原油、化工、医药等行业[1]。在造纸分类检测过程中，近红外光谱分类平台用于快速检索原材料和造纸，实时跟踪信息有利于提高工艺标准，提高劳动效率。本文重点介绍了近红外光谱分析技术的基本原理和分析方法，以及原材料分类分析、材料分析、造纸性能分析等方面的应用。

    1.1 检测基本原理

    特殊波长谱是基于原子振动的非谐振，使原子振动从基态相机或态跳跃，创建了非谐振动的倍频和合频访谈信息，主要反映了氢丙基X—H(X=O,C,N,S)采访信息。生物冶金成分富含氢丙基，因此特殊波长谱可用于分析木材的主要化学成分。此外，特殊波长会出现在试验产品内部的照射、斜射、衍射、分解和与试验产品内部的分子结构相互作用。经过整个过程后，特殊波长谱空载了试验产品的成分和序列信息，也可用于分析木纤维结构形式等[2]。由于倍频融合和频率跳跃概率低，自发发射导致特殊波长谱中有大量重叠谱带，无法准确划分谱带，因此不能直接从谱图中读取有效信息，需要扭转微电子技术和纯度检测，对光谱信息进行染色处理和分析。整个过程的实际分析如下：①运动集样板采用代表性试品，近红外原子分解；
    ②运动集样板的成分或结构特征等信息采用超声波法或普遍认可的方法确认；
    ③在特殊波长谱和样品编号之间建立响应曲面；
    ④将光谱信息带到模型中计算待测样品的编号。

    1.2 特征

    与基本光谱分析技术相比，近红外光谱分析技术具有以下优点：

    (1)检测范围广。射电观测通常可以在1 min内推动。

    (2)分析精度高。同时可以快速检索多个指标值，大大提高了劳动效率。

    (3)无损分析。光谱仪检测结果不会消耗测试产品，反而会给测试产品造成任何麻烦[3]。

    (4)远程控制非成形分析。采用外置摄像头和激光照射技术，可促进非接触式分析，防止仪器设备和操作设备条件复杂恶劣。

    (5)适用于在线分析。随着微电子技术和智能技术的创新，近红外流量检测系统可以作为预测控制模块，在检测现场可以灵活组装，促进在线实时发送[4]。

    近红外光谱分析技术间接分析技术的准确性主要在于模型的构建，通常不普遍，不能用于科学院的超声波法。此外，光谱仪受无用信息、宽带和严重重叠、物理意义不确定、近红外原子分解技术支持应用的限制。

    1.3 纯度检测出学方法

    由于特殊波长谱主要反映了氢丙基的倍频和合频分解、积分强度弱、谱带重叠严重、冗余和无用信息强，如果传统仪器分析方法基于朗伯比尔定律构建管理曲线，则无法发送准确可靠的分析结果。因此，有必要扭转纯度检测方法，从复杂的光谱信息中收集有效信息，将相互麻烦的函数转换为稳定的序列，并将其与样品编号连接起来，构建解释变量，并根据建模对不明样品编号进行分析和估计。常见的纯度检测方法主要包括多线性重回、主要成分重回、超几何分布统计推断、最小二乘法、最小二乘法等语义表示。

    在造纸领域，近红外光谱分析技术最初被用来检测废纸纤维针的人数。此后，随着元素分类平台和数据分类方法的发展，近红外光谱分类平台在污水处理技术中的应用越来越普遍，如定量、定量分类、宏观分析分类、检测浆得率、浆针人度等。此外，近红外光谱分析技术还可作为造纸生产过程的现场分析，如在线检测白液和黑液中适当的碱成分。

    2.1 自动分类和评估造纸原料

    由于化学成分和结构的不同，造纸原料具有不同的造纸特性。评估和监督造纸原料可以促进纤维性能的准确评价，确认更合适的造纸技术。原料中的消化酶、木素等金属离子含量通常延续传统的有机化学方法，并对其进行分类[16]。该方法历时复杂，会破坏试验产品，不能满足漂白废水的自动分类和运行评价。近红外光谱分析技术具有方便、快速、无损分析的特点。在造纸材料育种和培养过程中，能否批量分析原材料。

    近红外光谱仪中木材中的水分解强，其他成分分解弱；
    当木材水分差异较大时，会扰乱光谱仪中的其他信息，影响分析结果的准确性，通过近红外光谱分类平台构建造纸特性业务管理规范，促进造纸分类、伸长率、耐油性等指标值的快速、无损分类，同时选择离散时间序列、正交、数据信号校准等光谱仪预处理工艺，正确去除初始光谱仪中的波形失真和冗余无用信息，显著提高了模型的估计特性和可靠性。

    2.2 检测木材的硬度

    相对密度是木材的基本性质，与木材的化学成分和动物细胞密切相关。因此，它仍然是评价木材性能和识别木材工艺性能的重要标准。根据引入信息熵核函数公式校准近红外光谱仪检测环境、仪器要求激光振荡，更好地估计木材甲醛释放、微纤维死角、细胞壁厚度等材料指标值。

    2.3 有机化学成分

    木材是以消化酶、半消化酶、木素等对苯二甲酸为主体的多孔纯天然玄武岩纤维。木材的化学成分是其最基本的特性，与木材和造纸的特性密切相关。近红外光谱分析技术作为一种高效、无损的快速分析方法，已广泛应用于木材的有机化学成分。通过近红外光谱仪对杉木、杉木、柏木等不同针叶中的木素和粗纤维含量进行分析；
    基于超几何分布的模型对综合消化酶和木素的估计和回收指数保持0.说明近红外光谱仪能否快速检索生物冶金成分。收集各种热带和温带杉木样品，构建近红外模型，用于估计消化酶和木素的全球性。类型齐全、数量多的样品集可以提高模型的准确性和可靠性。特殊波段的采用对模型的构建也具有长期价值。采用合适的波段模拟方法，消除无自变量的干扰，获得数据强、更稳定的模型。通过迭代更新筛选出塞浦利斯松试验产品的特性波段作为重回模型，以估计乳液的性能。与塞浦利斯松中木素相关的谱峰信息主要涵盖谱峰信息，防止无用波段的干扰，提高模型计算技能。

    2.4 形成化纤形态

    木纤维的形态特征是木材的关键材料指标值，直接考虑木材的化学性质和力学特性；
    在造纸的整个过程中，对造纸和纸制品的质量有明显的影响。传统的木纤维基因定量方法是阻碍望远镜准确检测纤维细度，判断木纤维的形状这种分析过程繁琐，阻碍了大规模测绘的实施。近红外光谱分析技术是收集木材试验产品的光谱图像，利用纯度检测提取特征自变量，构建纤维细度之间的物理模型。探索近红外光谱分析技术，检测宏观偏析，与脉搏检测方法相比；
    根据近红外光谱仪与化纤试验检测值之间的超几何分布模型，估计相应树种纤维的细度；
    作为化纤较长的华山松，统计模型回收指数为0.90模型参数为161 μm，从模型监测指标可以理解，近红外光谱分析技术可以准确估计针叶材料和阔叶材料的木纤维形态特征，为估计大型人工林特殊树种的纤维细度和造纸生产特性的自动检测做出了科学贡献。

    2.5 检测卡伯值和造纸率

    卡伯值是美白废水中脱木素水平和造纸残留乳液性能的关键指标，也是判断造纸质量的主要指标。近红外光谱分析技术用于检测可以促进造纸全过程中的智能运行，同时可以阻碍生产过程中的节能减排。通过近红外光谱仪检测洗涤黑液中乳液的性能，构建多分布函数模型，计算造纸针的人度。杨春节等近红外凹透镜光谱仪收集了45个杉木浆试验产品，采用15个激光刺激峰构建了基于超几何分布的造纸针人统计模型；
    该模型分别计算0.93和0.充分发挥预测特性。以各种桉树的720个样品为主题，系统讨论了近红外光谱分类平台预测浆液生产率的合法性；
    通过识别和发送近红外光谱图像，构建更可靠、更可变的超几何分布解释变量，最终获得更好的预测精度；
    讨论小组进一步提高了实践集仪器编号，同时，还构建了预测粗纤维含量的模型。得率模型的回收指数和规范估计误差分别为0.87和0.78%，消化酶模型的回收指数和规范估计误差分别为0.87和1.29%；
    根据讨论，近红外光谱仪预测消化酶与预测得率之间的回收指数保持0.87和1.29%；
    说明两者之间关系很低，即当得率数据难以推进时，能否根据粗纤维含量对得率进行估计和检测。

    近红外光谱分析技术是一种高效、无损的快速分析方法，正在慢慢讨论污染处理技术的应用。其他应用行业涵盖了原浆材料的材料分类、漂白废水监督、造纸性能分类等方面。特别是在传统造纸检测方法中，近红外光谱分类平台的应用尤为关键。未来，近红外光谱分析技术的发展将主要统一在两个层面：一是构建更高效、更稳定的模型。在近红外光谱仪建模过程中，模型计算技能不稳定、变化不强等问题尚未形成。作为品种繁多、主要用途多样化的木材，需要建立更系统、更全面的实践样品集，以提高模型的可靠性；
    作为普通树种，是否可以建立独家估计模型。二是进一步深化近红外光谱分析技术在线检测和模型建设中的应用。传统漂白废水中的工艺主要通过压力、温度、总流量等主要参数进行间接监督，不能促进浆原料和浆产品性能的快速分类。近红外光谱分析技术不需要对试验产品进行预处理，可以促进多组分的同时检测，非常喜欢工艺分类，可以直接了解生产设备的样品组成和特点，实时跟踪分类结果，方便及时调整造纸技术。近红外光谱分析技术基于智能商品和电子计算机的发展，慢慢实现了实时化学成分和工艺的先导技术。随着漂白废水的营销和应用，最终将促进我国造纸业的稳定发展。

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