近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應用
1　近紅外光譜的發(fā)展現狀 

　　近年來(lái)，近紅外光譜(Near-Infrared Spectroscopy—NIR)作為迅速崛起的光譜分析技術(shù)在分析測試領(lǐng)域中所起的作用越來(lái)越引起人們的關(guān)注。在1997年分析化學(xué)與應用光譜學(xué)匹茲堡會(huì )議(Pittcon’97)上，關(guān)于近紅外光譜方面的文章有178篇，NIR反射光譜仍然是這次會(huì )議的重要話(huà)題。由此可見(jiàn)，由于在樣品分析時(shí)基本不需處理，且不破壞和消耗樣品，自身又無(wú)環(huán)境污染，所以近紅外光譜作為一種快速分析測試儀器正在被越來(lái)越多的分析工作者認識和使用，同時(shí)也受到工業(yè)控制領(lǐng)域的關(guān)注。在1998年分析化學(xué)與應用光譜學(xué)匹茲堡會(huì )議(Pittcon’98)上，推出的聲光可調濾光片(AOTF)和近紅外探頭已成功地用于近紅外在線(xiàn)過(guò)程監控儀器中，用以監測聚合物粘度、酸數、添加劑、聚合度等。進(jìn)入90年代以來(lái)，NIR作為一門(mén)現代測試技術(shù)已基本成熟，其應用領(lǐng)域迅速擴大，從最初的食品行業(yè)，迅速滲透到石油、化工、環(huán)境和生化等行業(yè)，在工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量分析檢測方面發(fā)揮了突出的作用，并創(chuàng )造了巨大的經(jīng)濟效益，在過(guò)程控制方面獲得了廣泛的成功。 

2　近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應用 

　　目前世界范圍內漿和紙的產(chǎn)量和質(zhì)量正不斷增長(cháng)，若僅僅依靠提供優(yōu)質(zhì)的纖維原料和改進(jìn)制漿造紙工藝來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)是不夠的，還必須研制和使用一些新型的過(guò)程分析儀器和傳感器。隨著(zhù)近紅外光譜技術(shù)和光譜數據處理軟件的進(jìn)展，為開(kāi)發(fā)新型的過(guò)程分析儀器提供了新的途徑。下面介紹的NIR在制漿造紙過(guò)程中的應用，雖然絕大部分應用情況目前仍然局限于實(shí)驗室內，但將來(lái)的發(fā)展趨勢必定為現場(chǎng)分析和測控，實(shí)現從實(shí)驗室走向生產(chǎn)現場(chǎng)的轉變。 測厚儀| 測速儀| 轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機|

2.1　檢測紙頁(yè)涂料中的水分含量 
　　在400～1100nm的范圍內，采用透過(guò)模式，分析涂料混合物中的水分含量。雖然，由于涂料中懸浮顆粒的存在使測量的重現性受影響，但是對于連續流動(dòng)的涂料，卻可以避免這個(gè)問(wèn)題，從而實(shí)現在線(xiàn)測量。 

2.2　確定紙漿中針葉木的含量 
　　在1100～2500nm的范圍內，采用反射模式，取兩個(gè)樣品分別用于校準實(shí)驗室測量值和在線(xiàn)測量值。雖然在線(xiàn)測量值的誤差比預期的要大，但是測量結果仍然表明NIR可以用于確定紙漿中的針葉木含量。 

2.3　測量混合木漿的卡伯值 
采用反射模式，取27個(gè)樣品在2180nm處用于標定曲線(xiàn)，9個(gè)樣品作為測試集，測量誤差為5.6%。雖然測量結果表明NIR可能用于測量混合木漿的卡伯值，但是測量誤差能否被工業(yè)過(guò)程所接受，還有待考究。 

2.4　測量蒸煮鍋噴放管線(xiàn)中紙漿的Kno(卡伯值的對數) 
　　在1100～2500nm的范圍內，采用反射模式，測量紙漿的Kno。在1672nm處進(jìn)行一元線(xiàn)性回歸，測量誤差為1.0%；由于波長(cháng)波動(dòng)的影響，再引入1436nm進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸，使測量誤差下降為0.5%。 

2.5　測量紙頁(yè)的水分和紙板的重量 
　　采用反射模式，利用水在1940nm處的特征吸收測量紙頁(yè)中的水分；紙板重量的變化在2100～2500nm的范圍內表現明顯，在2346nm處進(jìn)行一元線(xiàn)性回歸。結果表明，NIR對紙頁(yè)的水分和紙板的重量均很敏感。由于樣品本身的不均勻性，所以測量掃描時(shí)樣品的面積應該較大，以取平均值。 

2.6　監測紙頁(yè)的樹(shù)脂層 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內分析樣品，結果發(fā)現，由于未經(jīng)涂布的紙在1688nm、1766nm和2160nm無(wú)特征吸收，所以可以避開(kāi)紙頁(yè)的影響。在2160nm標定曲線(xiàn)，誤差為0.7%。 

2.7　監測紙漿棉短絨混合物的卡伯值 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內分析樣品，在1680nm進(jìn)行一元線(xiàn)性回歸，誤差為1.2個(gè)卡伯值，標定的有效范圍為3.4～33.9個(gè)卡伯值。此結果對干、濕紙漿棉短絨混合物均適用。 

2.8　檢測薄頁(yè)紙上的聚硅酮層含量 
　　對8個(gè)聚硅酮濃度為0.69%～5.67%的薄紙頁(yè)樣品在1100～2500nm的范圍內進(jìn)行掃描，在1744nm進(jìn)行一元線(xiàn)性回歸，誤差為0.2%。 

2.9　檢測木纖維中的蠟和苯酚樹(shù)脂含量 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內，分別對蠟的濃度為0.3%～2.4%的木纖維樣品和苯酚樹(shù)脂的濃度為1.3%～4.3%的木纖維樣品進(jìn)行掃描。在2158nm處標定苯酚樹(shù)脂，誤差為0.4%；在1728nm處標定蠟，誤差為0.1%。 

2.10　檢測干木漿中的木素含量 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內，對木素濃度為5.7%～33.6%的木漿進(jìn)行掃描。在2172nm和1556nm處進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸，誤差為1%。 

2.11　檢測木纖維中的蠟和苯酚甲醛樹(shù)脂含量 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內，掃描木纖維、純蠟、經(jīng)冷凍干燥的苯酚甲醛樹(shù)脂及含有蠟和苯酚甲醛樹(shù)脂的木纖維，發(fā)現纖維中的蠟在2250nm、2310nm和1725nm均有特征吸收，而樹(shù)脂則在1980nm處有特征吸收。 
2.12　檢測絨毛漿中的吸水劑含量 
　　采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內，對吸水劑濃度為0.00%～44.9%的絨毛漿樣品進(jìn)行掃描，在1752nm處標定，誤差為6%。 

2.13　檢測涂布紙的涂布層 
　　在1100～2500nm的范圍內，對涂料濃度為0～12%的涂布紙，利用光纖測量NIR反射光譜，在2316nm處標定，誤差為0.1%。但是還不能排除紙頁(yè)中無(wú)機物的影響。 

3　展　望 

　　由上述可見(jiàn)，近紅外光譜在制漿造紙行業(yè)應用廣泛，具有很好的應用前景。特別是將近紅外光譜用于測定紙漿中木素含量或步伯值，近年來(lái)已成為國際上制漿造紙行業(yè)分析測試領(lǐng)域的熱門(mén)話(huà)題。但是，其中要注意的問(wèn)題有：
(1)對于不同的漿種，必須重新標定曲線(xiàn)和方程；
(2)紙漿主要成分是碳水化合物，具有吸濕性，所以在測定其光譜時(shí)應該在同一周?chē)�環(huán)境下進(jìn)行，減少水分干擾，從而減少誤差；
(3)考慮到紙漿成分的復雜性，用近紅外光譜進(jìn)行紙漿的定量分析，最好采用導數光譜，多特征吸收峰的多元回歸方法，來(lái)測定紙漿中的木素含量。