專利名稱：利用近紅外光譜分析技術(shù)快速測定木材氣干密度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種木材氣干密度測定方法，尤其是一種利用近紅外光譜分析技術(shù)快速測定木材氣干密度的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，為了能更好的利用造紙木材進(jìn)行制漿造紙，需要準(zhǔn)確、迅速、廣泛地獲取木材的密度。密度是木材性質(zhì)中最重要者，木材的力學(xué)性質(zhì)、硬度、抗磨性、木材熱值、木材蒸煮裝鍋量以及紙漿得率都與木材密度具有密切的關(guān)系。然而，采用傳統(tǒng)的木材性質(zhì)評價方法一般需要消耗大量的人力及時間。因此，尋求一種快速、準(zhǔn)確評價木材密度的方法， 已經(jīng)成為制漿造紙科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。近紅外光譜(Near Infrared Spectroscopy，簡稱OTRS)分析技術(shù)是利用樣品的近紅外特征吸收峰與樣品成分含量及性能之間建立的數(shù)學(xué)關(guān)系，來預(yù)測未知樣品成分含量及其性能。與中紅外相比，盡管近紅外光譜的倍頻或組合頻吸收強(qiáng)度比基頻峰強(qiáng)度大約低 1 3個數(shù)量級，但由于這些弱的吸收帶沒有在MIR吸收帶顯示出邊緣干擾，所以在一個較大的吸收動態(tài)范圍內(nèi)這些吸收帶強(qiáng)度與被測物濃度之間有線性關(guān)系。近紅外光譜分析技術(shù)也是一種高效快速的現(xiàn)代分析技術(shù)，綜合運用了計算機(jī)技術(shù)、光譜技術(shù)和化學(xué)計量學(xué)等多個學(xué)科的最新研究成果，以其獨特的優(yōu)勢在多個領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，并已逐漸得到大眾的普遍接受。近年來，由于計算機(jī)與化學(xué)統(tǒng)計學(xué)軟件的發(fā)展，特別是化學(xué)計量學(xué)的深入研究和廣泛應(yīng)用，使近紅外光譜技術(shù)成為發(fā)展最快、最引人注目的光譜技術(shù)。在短短十幾年內(nèi)，近紅外光譜技術(shù)已快速發(fā)展成為一項極具競爭力的分析技術(shù)。近紅外光譜分析技術(shù)是一項新的木材無損評價技術(shù)，能夠迅速、準(zhǔn)確地對固體木材或木粉等試樣的性質(zhì)進(jìn)行全面無損評價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有木材氣干密度分析測定時存在的尺寸測量不準(zhǔn)和試樣制備困難的問題，提供一種簡便易行、快捷方便，能有效、快速、準(zhǔn)確地對木材氣干密度進(jìn)行分析測定的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種利用近紅外光譜分析技術(shù)快速測定木材氣干密度的方法。其方法為a.按尺寸30mmX30mmX30mm制作試樣木塊； b.用直線量測法測定木材氣干密度；c.利用近紅外光譜分析儀采集木塊試樣的近紅外光譜數(shù)據(jù)；d.采用化學(xué)計量法將木材的氣干密度實測值與其近紅外光譜數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型；e.采用建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型對按步驟c采集的未知氣干密度的木材近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而快速、準(zhǔn)確地測定木材氣干密度。所述步驟a中木塊樣品包括針葉木和闊葉木。所述步驟c中近紅外光譜數(shù)據(jù)為利用近紅外光譜分析儀采用積分球漫反射方式獲得的吸光度值。
所述步驟d中化學(xué)計量法為偏最小二乘法，對光譜數(shù)據(jù)采用最大-最小歸一化進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)學(xué)預(yù)測模型為針葉木和闊葉木混合建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型。本發(fā)明采用近紅外光譜儀可在不用制備成30mmX30mmX30mm木塊的情況下，利用近紅外光譜儀采集木材的近紅外光譜數(shù)據(jù)并建立數(shù)學(xué)預(yù)測模型，采用建好的數(shù)學(xué)模型可以快速、準(zhǔn)確地測定木材氣干密度，為制漿造紙和林木培育提供快速技術(shù)數(shù)據(jù)支持。


圖1為采用本方法建立的氣干密度模型圖。
具體實施例方式收集各種闊葉木和針葉木，按尺寸30mmX30mmX30mm制作試樣木塊，調(diào)整木塊水分后，用直線量測法測定木材氣干密度和采用近紅外光譜儀在12500 seoocnr1光譜區(qū)間內(nèi)采集近紅外光譜數(shù)據(jù)。采用化學(xué)計量法中的偏最小二乘法將木材的氣干密度實測值與其近紅外光譜數(shù)據(jù)建立木材數(shù)學(xué)模型，并對模型進(jìn)行優(yōu)化，剔除一些異常樣品，使得模型的決定系數(shù)(R2)達(dá)到0. 97以上，交叉驗證均方根偏差(RMSECV)值為0. 0152，殘留預(yù)測偏差(RPD)大于6. 4， 如圖1所示。利用建立好的模型對未知氣干密度木材的近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可測定快速、準(zhǔn)確地測定木材的氣干密度。本發(fā)明的實施例子測定結(jié)果見表1。表1近紅外氣干密度模型與直線量測法測定值比較
樣品號直線量測法/g/cm3近紅外模型法/g/cm3絕對誤差/g/cm3相對誤差/%HicOl0.3450.348-0.003-0.87mc020.4560.4550.0010.22mc030.5640.5550.0091.59mc040.4680.472-0.004-0.85mc050.4640.4610.0030.65mc060.3480.357-0.009-2.59mc070.4960.515-0.019-3.83mc080.5350.5310.0040.75mc090.6510.6320.0192.92mclO0.6120.624-0.012-1.9權(quán)利要求
1.一種利用近紅外光譜分析技術(shù)快速測定木材氣干密度的方法。其特征是包括以下幾個步驟a.按尺寸30mmX 30mmX 30mm制作試樣木塊；b.用直線量測法測定木材氣干密度；c.利用近紅外光譜分析儀采集木塊試樣的近紅外光譜數(shù)據(jù)；d.采用化學(xué)計量法將木材的氣干密度實測值與其近紅外光譜數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型；e.采用建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型對按步驟c采集的未知氣干密度的木材近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而快速、準(zhǔn)確地測定木材氣干密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是所述木材樣品包括針葉木和闊葉木。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是所述步驟a中的木塊尺寸為 30mmX 30mmX 30mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是所述近紅外光譜數(shù)據(jù)為利用近紅外光譜分析儀采用積分球漫反射方式獲得的吸光度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行最小-最大歸一化預(yù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是所述木材密度為氣干密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的方法，其特征是所述數(shù)學(xué)預(yù)測模型為針葉木和闊葉木混合建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用近紅外光譜分析技術(shù)快速測定木材氣干密度的方法。它解決了現(xiàn)有木材氣干密度直線量測時存在的尺寸測量不準(zhǔn)和試樣制備困難的問題，具有簡便易行、快捷方便，能有效、快速、準(zhǔn)確地對木材氣干密度進(jìn)行分析測定等優(yōu)點。其方法為a.按尺寸30mm×30mm×30mm制作試樣木塊；b.用直線量測法測定木材氣干密度；c.利用近紅外光譜分析儀采集木塊試樣的近紅外光譜數(shù)據(jù)；d.采用化學(xué)計量法將木材的氣干密度實測值與其近紅外光譜數(shù)據(jù)建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型；e.采用建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型對按步驟c采集的未知氣干密度的木材近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而快速、準(zhǔn)確地測定木材氣干密度。
文檔編號G01N21/35GK102192891SQ20101011672
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者聶怡, 薛崇昀, 賀文明 申請人:中國制漿造紙研究院