化工儀器網
技術文章
近紅外透反射光譜法快速測定二醋酸纖維素丙酮溶液 固形物含量
閱讀：1841 發布時間：2019-6-27簡介：二醋酸纖維素絲束是一種再生纖維素纖維，絲束纖維 的比表面積大，且具有吸濕、吸附性好等特點，因此 對卷煙煙氣中的有害成份具有較好的吸附與截留作 用，是制作香煙過濾嘴的主要材料。其工藝過程是以 天然木漿為原料，經醋化處理成二醋酸纖維素片，通 過溶劑溶解、過濾、紡絲、卷曲、干燥等工藝加工而 成。
二醋酸纖維素絲束的生產過程是利用二醋酸纖維素在 丙酮中良好的溶解性，溶解于丙酮后通過噴絲帽噴出 并揮發溶劑后獲得。二醋酸纖維素丙酮溶液的濃度是 產品穩定性的重要參數。生產上二醋酸纖維素的丙 酮溶液（以下簡稱漿液）主要由二醋酸纖維素，礦物 油，二氧化鈦等組成。固液比（固形物含量、漿液濃 度）即是二醋酸纖維素，礦物油，二氧化鈦等含量與 溶劑的比例。傳統的固液比測定方法為重量法，具體 做法是稱取一定量的漿液置于170熱板上，*揮 盡溶劑后再次稱量即得到固液比。此方法存在以 下幾點局限： 一、由于熱板重量法稱量前需要揮 盡溶劑，測試等待時間較長（一個樣品分析時間約需 30分鐘）；二、稱量時由于熱板上的漿餅帶有部分靜 電和回潮特性，導致稱量讀數存在一定技巧性，從而 將有可能引入人為誤差。因此，開發一個快速準確且 受人為操作因素影響少的分析方法已成為相關企業的 迫切需求。
實驗儀器及方法：建立定量模型及模型驗證所用樣品集由生產樣品和配 制樣品兩部分組成，共計269份樣品。全部樣品的固 形物含量范圍為26%-29%，該范圍略大于常規生產樣 品的固形物變化范圍，以此保證模型的適用性。所有 漿液樣品取出后均先由經驗豐富的實驗室分析人員先 采用傳統熱板法測定固形物含量作為參考值。
近紅外光譜圖采集采用Thermo Fisher Antaris II傅里葉變換近紅外光譜儀（如圖1），搭配漫反射采樣模 塊，配備鍍金背景和鍍金漫反射表面的積分球及高靈 敏度InGaAs檢測器，專門用于分析粘稠樣品、懸濁液 等特殊類型樣品的粘性樣品附件。光譜采集及數據分 析采用工作流編輯軟件 ResultTM 和化學計量學軟件TQ Analyst TM。
透反射采樣方式：將漿液樣品擠入2"×3"聚乙烯袋中， 采用積分球及粘性樣品附件采集其近紅外透反射光譜 圖。具體操作過程是將帶有鍍金反射鏡面的樣品臂安 裝在積分球的樣品支架上（如圖2），后將裝有漿液 樣品的自封袋直接夾在積分球窗口和鍍金反射鏡面之 間。
光譜采集參數如下：光譜分辨率為8.0 cm-1，掃描光 譜范圍是4000-10000 cm-1，樣品掃描次數32次，單 張樣品光譜采集所需時間不到半分鐘。
實驗結果與分析 由于漿液樣品外觀及性狀較為特殊，因此選擇一種合 適的采樣方式以獲取信號強、重復性高的高質量近紅 外光譜圖是分析方法開發的重要基礎。本實驗嘗試比 較了兩種基于積分球漫反射模塊的采樣方式：漫反射 模式與透反射模式。前者具體方法是直接將裝有漿液 樣品的自封袋放置于積分球上進行漫反射光譜采集； 后者則是通過帶有鍍金反射鏡面的樣品臂實現透反 射光譜采集（具體描述及示意圖可見“實驗儀器及方 法”部分）。圖3分別是兩種采樣方式下的漿液樣品 光譜圖，經對比可以發現，漫反射采樣模式下近紅外 光在長波區（低波數區）反射率高，基線上移；而透 反射采樣方式下由于光程固定，取得的光譜圖質量較 為出色。因此后續實驗選擇采用透反射方式采集漿液 樣品光譜圖。圖4為全部漿液樣品的透反射光譜圖。
利用TQ Analyst TM軟件中的偏小二乘回歸算法 （PLS）建立漿液透反射光譜與固形物含量的定量校 正模型，首先利用軟件中相應功能選擇合適的建模波 段和光譜預處理方法并剔除異常樣本后，分別以校正 集誤差均方根（RMSEC）和驗證集誤差均方根（RMSEP）來考察模型對校正集樣品和驗證集樣品的預測 誤差，評價模型的預測性能。固形物含量的模型預測 值與參考值的相關圖如圖5所示。由圖可見，模型預 測值與參考值之間具有良好的相關性（相關系數達到 0.98），表明漿液固形物定量校正模型具有較好的擬 合效果及預測能力。
固形物含量模型驗證 使用來自不同生產部位的漿液樣品作為驗證樣品對模型進行外部驗證，與傳統熱板重量法對照結果如表1： 表1：外部驗證樣品結果表
