一种基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法

1.本发明可应用在木质素评价领域，它以红外光谱技术为基础测定木质素含水率，具有广泛的应用前景。


背景技术：

2.作为自然界中第二大天然高分子材料，木质素是极具潜力的可再生资源。木质素应用非常广泛。它既可作为增强剂添加在橡胶和塑料中；又可添加到发泡材料中，提高泡沫的物理性能而；又可与矿粉混合，可提高冶炼回收率；还可加入水泥中，改善混凝土的流动性和抗渗透性，提高混凝土强度和密实性，缩短凝结时间，提高抗压强度。上述应用，均需控制木质素的含水率。因此，测量木质素含水率具有重要的现实意义。
3.传统烘干法测量木质素含水率时，需要花费大量时间用于烘干。而本发明是利用红外光谱测定木质素含水率，可大幅度减少测量时间。除此之外，基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法还具有材料需求量少、测试精度高等优点，适合林业科研人员和林业产业工业化发展的需要。


技术实现要素：

4.本发明将改进传统烘干法的不足，提供一种测量快速的基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法。
5.本发明提出的技术方案为：
6.一种基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法，包括以下步骤：
7.1)制备平衡样品：将待测木质素样品放置于恒湿箱中，制得不同湿度下的平衡样品；
8.2)传统法测定平衡样品含水率：利用传统烘干法测定步骤1)中不同湿度下平衡样品含水率，首先将这些平衡样品放置在量程不小于200g的天平上称其重量g，然后将样品放入温度为103
±
2℃的恒温箱中烘干6小时，再取出称重，并做记录，然后再放回烘箱中继续烘干。随后每隔2小时称重一次，直到最后两次称量之差不超过0.3％，记为g0，然后根据 y＝(g-g0)/g
×
100％计算其含水率y；
9.3)获取红外光谱图的面积aw：利用红外光谱仪测得步骤1)中不同湿度下平衡样品的红外光谱图kw，计算在红外光谱图kw波数在2800-3600cm-1
之间的面积aw；
10.4)构建基于红外光谱技术测量木质素含水率的模型：将步骤2)中各个样品的含水率y 和步骤3)中面积aw利用最小二乘法线性回归得到方程：y＝aaw b，用以计算木质素样品的含水率；方程中y为木质素含水率，aw分别为红外光谱图中波数在2800-3600cm-1
之间的面积，a、b为不同木质素样品含水率测定的参数；
11.5)测定木质素样品含水率：利用步骤4)中所获得的回归方程，批量测定待测木质素样品含水率。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：
13.本发明的基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法，本发明将测定时间缩短为1s，适用于样品的批量测量。该测量方法克服了现有技术测量周期长的不足。
具体实施方式
14.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本 发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
15.一种基于红外光谱技术的木质素含水率测量方法，包括以下步骤：
16.1)制备平衡样品：将待测木质素样品放置于恒湿箱中，制得不同湿度下的平衡样品；
17.2)传统法测定平衡样品含水率：利用传统烘干法测定步骤1)中不同湿度下平衡样品含水率，首先将这些平衡样品放置在量程不小于200g的天平上称其重量g，然后将样品放入温度为103
±
2℃的恒温箱中烘干6小时，再取出称重，并做记录，然后再放回烘箱中继续烘干。随后每隔2小时称重一次，直到最后两次称量之差不超过0.3％，记为g0，然后根据 y＝(g-g0)/g
×
100％计算其含水率y；
18.3)获取红外光谱图的面积aw：利用红外光谱仪测得步骤1)中不同湿度下平衡样品的红外光谱图kw，计算在红外光谱图kw波数在2800-3600cm-1
之间的面积aw；
19.4)构建基于红外光谱技术测量木质素含水率的模型：将步骤2)中各个样品的含水率y 和步骤3)中面积aw利用最小二乘法线性回归得到方程：y＝aaw b，用以计算木质素样品的含水率；方程中y为木质素含水率，aw分别为红外光谱图中波数在2800-3600cm-1
之间的面积，a、b为不同木质素样品含水率测定的参数；
20.5)测定木质素样品含水率：利用步骤4)中所获得的回归方程，批量测定待测木质素样品含水率。
21.以下以3种不同的木材(银杏木、水曲柳、松木)中提取的木质素含水率测量为例来说明本发明的测量方法：
22.实施例1
23.(1)制备平衡样品：利用经典的贝克曼方法，提取银杏木中木质素若干，将待测木质素样品放置于恒湿箱中，制得不同湿度为8％、17％、26％、32％、38％、47％、53％、60％、68％、 70％、75％、79％、83％、92％和95％下的平衡样品；
24.(2)传统法测定平衡样品含水率：利用传统烘干法测定步骤(1)中不同湿度下平衡样品含水率，首先将这些平衡样品放置在量程不小于200g的天平上称其重量g，然后将样品放入温度为103
±
2℃的恒温箱中烘干6小时，再取出称重，并做记录，然后再放回烘箱中继续烘干。随后每隔2小时称重一次，直到最后两次称量之差不超过0.3％，记为g0，然后根据 y＝(g-g0)/g
×
100％计算其含水率y；
25.(3)获取红外光谱图的面积aw：利用红外光谱仪测得步骤(1)中不同湿度下平衡样品的红外光谱图k
8％
，k
17％
，k
26％
，k
32％
，k
38％
，k
47％
，k
53％
，k
60％
，k
68％
，k
70％
，k
75％
， k
79％
，k
83％
，k
87％
，k
92％
，k
95％
，计算在红外光谱图中波数在2800-3600cm-1
之间的面积 a
8％
，a
17％
，a
26％
，a
32％
，a
38％
，a
47％
，a
53％
，a
60％
，a
68％
，a
70％
，a
75％
，a
79％
，a
83％
， a
87％
，a
92％
，a
95％
；
26.(4)构建红外光谱技术测量木质素含水率的模型：将步骤(2)中各个样品的含水率y 和步骤(3)中面积aw利用最小二乘法线性回归得到方程：y＝0.0057a
w-0-0.5878，用以计
算木质素样品的含水率，方程中y为木质素含水率，aw分别为红外光谱图中波数在 2800-3600cm-1
之间的面积。
27.利用上述方法，且单个样品耗时仅为1s，说明应用本发明的方法能够快速准确地测量木质素含水率。
28.实施例2
29.利用本发明所述方法，对水曲柳木质素含水率进行红外光谱测量，获得回归方程：y＝ 0.0054a
w-0.5679。批量测量水曲柳木质素试样时，单个样品耗时仅为1s。
30.实施例3
31.利用本发明所述方法，对松木木质素试样含水率进行红外光谱测量，获得回归方程：y＝ 0.0060a
w-0.6074。批量测量松木木质素试样时，单个样品耗时仅为1s。