近红外光谱分析法快速预测欧美杨浆纸性能的研究

论文摘要

本论文以北京顺义地区、山东菏泽地区及河北廊坊地区的8个不同品系欧美杨为研究对象,研究其制浆造纸性能。采用近红外光谱分析技术建立了欧美杨制浆性能和纸张性能的近红外光谱预测模型,为评价欧美杨制浆造纸性能提供了新的检测技术。研究结果如下：采集浆料和40-60目木粉的近红外谱图,建立了制浆得率的近红外模型。利用浆料谱图建立的制浆得率校正模型和预测模型的相关系数为0.9025和0.8709,校正标准差和预测标准差分别为0.717和0.767；利用40-60目木粉谱图建立的制浆得率校正模型和预测模型的相关系数为0.8279和0.8296,校正标准差和预测标准差分别为0.902和0.800。比较可知,利用浆料谱图建立的近红外得率预测模型的偏差比40-60目木粉建立的近红外得率预测模型的偏差略小,NIR预测值与实际测定值之间的相关性略高,能达到对欧美杨制浆得率的预测要求：40-60目木粉谱图的NIR预测值与实际测定值间的相关性一般,当对得率粗略预测可以采用检测步骤较少的木粉谱图预测法。利用浆料谱图建立的卡伯值校正模型和预测模型的相关系数为0.9613和0.9725,校正标准差和预测标准差分别为1.190和1.420；而由蒸煮黑液谱图建立的卡伯值校正模型和预测模型的相关系数为0.7619和0.7330,校正标准差和预测标准差分别为2.640和2.880。依据浆料谱图建立的近红外可以对卡伯值进行较为准确的预测,而由黑液建立的模型预测效果不是很理想,实测值和NIR预测值的相关性一般。建立了纸张性能的近红外光谱交叉检验模型,并对纸张性能预测。定量校正模型和预测模型的相关系数为0.8824和0.8299,校正标准差和预测标准差分别为1.510和1.700；白度校正模型和预测模型的相关系数为0.9621和0.9612,校正标准差和预测标准差分别为0.997和1.300；抗张指数、撕裂指数、耐破指数的校正模型和预测模型的相关系数均大于0.8000,校正标准差和预测标准差均相对较小。除抗张指数近红外光谱分析模型需要进一步的修正、优化外,其他纸张性能指标与近红外光谱数据间存在较好的相关性,可以用近红外光谱分析法预测欧美杨纸张性能。为了得到较好纸张性能近红外光谱预测模型,以纸张白度为例,研究了影响纸张性能近红外模型的相关因素。扫描次数对模型具有一定的影响,当扫描次数为32次比较适合欧美杨纸张白度近红外光谱模型。分辨率与纸张白度预测结果的准确度之间没有规律性的变化,并不是分辨率越高测量的准确度越高,综合考虑可以选用32cm-1的分辨率建立模型。不同光谱预处理方法对欧美杨纸张白度的校正和预测模型效果具有一定的影响。整体考虑,可以采用一阶导数+MSC进行光谱预处理,可以得到相对较好的模型效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 造纸工业现状与发展
• 1.3 杨木的特性及应用现状
• 1.4 欧美杨的特性及应用现状
• 1.5 杨木的AS-AQ法制浆
• 1.6 近红外光谱技术的应用及现状
• 1.6.1 近红外光谱技术的概述及测定原理
• 1.6.2 近红外光谱分析技术的特点
• 1.6.2.1 近红外光谱分析技术的优点
• 1.6.2.2 近红外光谱分析技术的不足
• 1.6.3 仪器参数设定对模型的影响
• 1.6.4 近红外光谱在制浆造纸中的应用及发展趋势
• 1.7 本研究的目的及意义
• 2 近红外光谱分析法预测欧美杨的制浆性能
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要仪器和试剂
• 2.2.1 主要仪器
• 2.2.2 主要试剂
• 2.3 蒸煮实验分析方法
• 2.3.1 蒸煮实验
• 2.3.2 得率的测定
• 2.3.3 卡伯值的测定
• 2.4 近红外光谱数据的采集
• 2.4.1 实验仪器
• 2.4.2 扫描参数的设定
• 2.4.3 近红外光谱采集
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 欧美杨的近红外光谱谱图
• 2.5.2 欧美杨得率近红外模型的建立
• 2.5.2.1 样品得率分析
• 2.5.2.2 制浆得率近红外模型的建立
• 2.5.2.3 制浆得率近红外模型的验证
• 2.5.3 欧美杨卡伯值近红外模型的建立
• 2.5.3.1 样品卡伯值分析
• 2.5.3.2 卡伯值近红外模型的建立
• 2.5.3.3 卡伯值近红外模型的验证
• 2.6 小结
• 3 近红外光谱分析法预测欧美杨的纸张性能
• 3.1 实验材料
• 3.2 主要仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 打浆
• 3.3.2 抄纸
• 3.3.3 纸张性能的测定
• 3.3.3.1 纸张定量测定
• 3.3.3.2 纸张白度测定
• 3.3.3.3 纸张抗张强度测定
• 3.3.3.4 纸张撕裂度测定
• 3.3.3.5 纸张耐破度测定
• 3.3.4 近红外光谱采集
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 欧美杨纸张试样的近红外光谱谱图
• 3.4.2 欧美杨纸张性能的分析
• 3.4.3 纸张定量近红外光谱模型的建立
• 3.4.3.1 纸张定量校正模型的建立
• 3.4.3.2 纸张定量近红外模型的验证
• 3.4.4 纸张白度近红外光谱模型的建立
• 3.4.4.1 纸张白度校正模型的建立
• 3.4.4.2 纸张白度近红外模型的验证
• 3.4.5 纸张抗张指数近红外光谱模型的建立
• 3.4.5.1 纸张抗张指数校正模型的建立
• 3.4.5.2 纸张抗张指数近红外模型的验证
• 3.4.6 纸张撕裂指数近红外光谱模型的建立
• 3.4.6.1 纸张撕裂指数校正模型的建立
• 3.4.6.2 纸张撕裂指数近红外模型的验证
• 3.4.7 纸张耐破指数近红外光谱模型的建立
• 3.4.7.1 纸张耐破指数校正模型的建立
• 3.4.7.2 纸张耐破指数近红外模型的验证
• 3.4.8 欧美杨纸张性能近红外预测结果
• 3.5 小结
• 4 纸张性能近红外模型影响因素的研究
• 4.1 扫描次数对模型的影响
• 4.1.1 仪器参数
• 4.1.2 建模数据
• 4.1.3 实验结果
• 4.1.3.1 不同扫描次数近红外光谱图
• 4.1.3.2 不同的扫描次数的近红外模型建立
• 4.2 分辨率对模型的影响
• 4.2.1 仪器参数
• 4.2.2 建模数据
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.3.1 不同分辨率近红外光谱图
• 4.2.3.2 不同的分辨率的近红外模型建立
• 4.3 谱图预处理方法
• 4.3.1 仪器参数
• 4.3.2 建模数据
• 4.3.3 实验结果
• 4.4 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 论文的创新
• 5.3 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢