近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用

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　近红外光谱的发展现状

    近年来，近红外光谱(Near-Infrared Spectroscopy NIR)

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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。关于近红
外光谱方面的文章有 178 篇，NIR 反射光谱仍然是这次会议的重要话题。由此
可见，由于在样品分析时基本不需处理，且不破坏和消耗样品，自身又无环
境污染，所以近红外光谱作为一种快速分析测试仪器正在被越来越多的分析
工作者认识和使用，同时也受到工业控制领域的关注。在分析化学与应用光谱
学匹兹堡会议(Pittcon’98)上，推出的声光可调滤光片(AOTF)和近红外探头
已成功地用于近红外在线过程监控仪器中，用以监测聚合物粘度、酸数、添加
剂、聚合度等。进入 21 世纪以来，NIR 作为一门现代测试技术已基本成熟，其
应用领域迅速扩大，从最初的食品行业，迅速渗透到石油、化工、环境和生化
等行业，在工艺控制、产品质量分析检测方面发挥了突出的作用，并创造了巨

 

大的经济效益，在过程控制方面获得了广泛的成功。
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　近红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用

　　目前世界范围内浆和纸的产量和质量正不断增长，若仅仅依靠提供优质
的纤维原料和改进制浆造纸工艺来促进生产是不够的，还必须研制和使用一
些新型的过程分析仪器和传感器。随着近红外光谱技术和光谱数据处理软件的
进展，为开发新型的过程分析仪器提供了新的途径。下面介绍的 NIR 在制浆造
纸过程中的应用，虽然绝大部分应用情况目前仍然局限于实验室内，但将来

 

的发展趋势必定为现场分析和测控，实现从实验室走向生产现场的转变。
2.1

 

　检测纸页涂料中的水分含量

　　在 400～1100nm 的范围内，采用透过模式，分析涂料混合物中的水分
含量。虽然，由于涂料中悬浮颗粒的存在使测量的重现性受影响，但是对于连

 

续流动的涂料，却可以避免这个问题，从而实现在线测量。
2.2

 

　确定纸浆中针叶木的含量

　　在 1100～2500nm 的范围内，采用反射模式，取两个样品分别用于校准
实验室测量值和在线测量值。虽然在线测量值的误差比预期的要大，但是测量
结果仍然表明 NIR

 

可以用于确定纸浆中的针叶木含量。

2.3

 

　测量混合木浆的卡伯值

　　采用反射模式，取 27 个样品在 2180nm 处用于标定曲线，9 个样品作为
测试集，测量误差为 5.6%。虽然测量结果表明 NIR 可能用于测量混合木浆的

 

卡伯值，但是测量误差能否被工业过程所接受，还有待考究。
2.4　测量蒸煮锅喷放管线中纸浆的 Kno(卡伯值的对数) 
　　在 1100～2500nm 的范围内，采用反射模式，测量纸浆的 Kno。在
1672nm 处进行一元线性回归，测量误差为 1.0%；由于波长波动的影响，再
引入 1436nm 进行多元线性回归，使测量误差下降为 0.5%  

。

2.5

 

　测量纸页的水分和纸板的重量

　　采用反射模式，利用水在 1940nm 处的特征吸收测量纸页中的水分；纸
板重量的变化在 2100～2500nm 的范围内表现明显，在 2346nm 处进行一
元线性回归。结果表明，NIR 对纸页的水分和纸板的重量均很敏感。由于样品

 

本身的不均匀性，所以测量扫描时样品的面积应该较大，以取平均值。