Brimrose光譜儀在對位芳香族聚酰胺樹脂檢測中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

分子量是表征高聚物最基本的參數(shù)之一。高聚物的許多性質(zhì)例如沖擊強(qiáng)度、模量、拉伸強(qiáng)度、耐熱性等都與高聚物的分子量及其分布有關(guān)。對位芳香族聚酰胺是一類重要的高性能高分子材料，因其突出的力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用。由于對位芳香族聚酰胺的溶解性能差，只溶于濃硫酸等少數(shù)質(zhì)子酸溶劑，因此給直接測定其分子量帶來一定的難度，聚合物稀溶液的粘度主要反映了液體分子之間因流動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力。內(nèi)摩擦阻力與聚合物的結(jié)構(gòu)、溶劑的性質(zhì)、溶液的濃度及溫度和壓力等因素有關(guān)，它的數(shù)值越大，表明溶液的粘度越大。實(shí)驗(yàn)證明，對于給定聚合物，在給定的溶劑和溫度下，分子量的數(shù)值僅由試樣的粘度所決定。所以我們可以通過對樹脂的粘度進(jìn)行定量檢測，從而得出樹脂的大致的分子量。利用美國BRIMROSE 公司的Luminar 5030 近紅外光譜儀對聚酰胺類樹脂的粘度進(jìn)行建模檢測實(shí)驗(yàn)，以考察儀器對聚酰胺類樹脂粘度檢測的可行性及準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)部分

儀器：實(shí)驗(yàn)儀器為美國BRIMROSE 公司生產(chǎn)的Luminar 5030 便攜式AOTF 近紅外光譜儀。主要部件包括：光學(xué)部分、控制部分、電源適配器、筆記本電腦，動(dòng)態(tài)測樣系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)所用的參數(shù)設(shè)置為：波長范圍：1100nm～2300nm；波長增量：2.0nm；掃描次數(shù)：300；掃描模式：Ratio模式。

儀器所用檢測器為InGaAs，Snap!光譜采集處理軟件，The Unscrambler定量分析軟件。

樣品準(zhǔn)備：本次實(shí)驗(yàn)樣品全部由XXX科技股份有限公司提供，聚酰胺類樹脂樣品呈淡黃色面包屑狀，共31個(gè)。以下為所有樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨機(jī)選出S03、S06、S24、S26、S30五個(gè)樣品做為驗(yàn)證集，其他樣品建立數(shù)學(xué)模型，模型建好后，進(jìn)行預(yù)測驗(yàn)證，將預(yù)測值與化驗(yàn)值對照來評價(jià)模型的預(yù)測能力。

實(shí)驗(yàn)方法：
儀器使用BRIMROSE公司專用的SNAP!掃描軟件進(jìn)行光譜采集。為獲得良好的光譜數(shù)據(jù)，應(yīng)在穩(wěn)定嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行光譜掃描，本實(shí)驗(yàn)中掃描模式設(shè)為“Ratio mode”，因?yàn)檫@種方式可以有效地扣除背景變化帶來的影響。在掃描光譜時(shí)，我們采用了動(dòng)態(tài)測樣系統(tǒng)，分析樣品量較少的樣品，能充分代表整個(gè)樣品的性質(zhì)。
由于樣品的數(shù)量太少，數(shù)據(jù)含量的跨度較大，為了增加樣品的變異性，實(shí)驗(yàn)中每個(gè)樣品采集三次光譜。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

光譜處理：

為獲得良好的光譜數(shù)據(jù)，我們要對所得到的光譜進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為吸收光譜，圖中的樣品光譜排列比較緊密，光譜與光譜之間的相似性較強(qiáng)，采集到的光譜中信息含量豐富。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?樣品的原始吸收光譜圖

 

在建立模型前，首先需對掃描到的原始吸收光譜進(jìn)行光譜預(yù)處理，以消除噪音和基線的影響。
我們采用的預(yù)處理方法為一階微分9 點(diǎn)平滑（savitzky-golay法）。一階微分處理可以很好的消除樣品的光譜基線偏移和漂移。如下圖所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一階微分光譜圖

 

實(shí)驗(yàn)中所得到的光譜，經(jīng)過一階微分平滑處理，再轉(zhuǎn)化為uns 格式，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入The Unscrambler 定量分析軟件，利用聚酰胺類樹脂的粘度數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，創(chuàng)建校正模型。

建立模型：
將建模樣品的光譜數(shù)據(jù)與相應(yīng)的性質(zhì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，采用偏最小二乘法（PLS1），交叉－驗(yàn)證法（cross-validation），用The Unscrambler 定量分析軟件建立模型。光譜和化學(xué)值異常值（outlier）分別采用光譜影響值Leverage和化學(xué)值誤差Residual這兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量來檢驗(yàn)剔除。經(jīng)過進(jìn)行逐步優(yōu)化，最后得到較為理想的校正模型。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?聚酯多元醇的預(yù)聚體中NCO的PLS1回歸模型圖

由上圖可以發(fā)現(xiàn)，聚酰胺類樹脂樣品的近紅外光譜與其粘度大小呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系。樣品的粘度模型相關(guān)性性為0.9572。這說明采集到的近紅外光譜數(shù)據(jù)中含有大量與聚酰胺樹脂的粘度相關(guān)的有效信息，采用AOTF技術(shù)建模進(jìn)行聚酰胺類樹脂粘度分析是完全可行的。

模型驗(yàn)證-內(nèi)部驗(yàn)證和外部驗(yàn)證：

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
通過對以上實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果的分析，我們得出結(jié)論：Luminar 5030 便攜式AOTF 近紅外光譜儀利用光譜數(shù)據(jù)和校正模型完全能夠有效預(yù)測聚酰胺類樹脂的粘度。

Luminar 5030 AOTF-近紅外微型手持分析儀

Brimrose開發(fā)了一種便攜式平臺，用于進(jìn)行非破壞性和接觸/非接觸式分析測試和檢測，擁有從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)車間和現(xiàn)場的多功能性。

Brimrose固態(tài)Luminar 5030 “手持式”微型AOTF-NIR（聲光可調(diào)諧濾波器-近紅外）分析儀是一款堅(jiān)固耐用的手持式分析儀器，采用Brimrose的高性能AOTF-NIR技術(shù)。

通過為包括粉末，顆粒，液體，網(wǎng)狀和固體產(chǎn)品的漫反射測量在內(nèi)的各種應(yīng)用提供快速，多組分分析，Luminar 5030的使用為質(zhì)量控制和過程故障排除提供了一種新的強(qiáng)大工具。

額外的探頭附件允許使用相同的分析儀進(jìn)行液體傳輸測量。

  • 無損分析測試和檢驗(yàn)
  • Brimrose 分析軟件 – Snap32!
  • 多點(diǎn)，多組件功能
  • 堅(jiān)固耐用的手持式分析儀器，用于過程質(zhì)量控制

測量

  • 水分
  • 脂肪/糖/蛋白質(zhì)
  • 有效成分
  • 涂層重量
  • 混合分析
  • 再生塑料ID

主要特征

  • 雙光束，預(yù)對準(zhǔn)燈組件，InGaAs探測器
  • 快速掃描速度 – 16,000波長/秒
  • SNAP32! Brimrose 分析軟件，使用Brimrose宏語言
  • 6毫米直徑采樣區(qū)域，40毫米采樣距離

實(shí)時(shí)應(yīng)用

  • 在線混合均勻性
  • FBD在微膠囊化和干燥過程中的應(yīng)用
  • 進(jìn)貨原料檢驗(yàn)
  • 農(nóng)業(yè)/食品：脂肪，蛋白質(zhì)，水分，淀粉等的在線食品分析
  • 聚合物：顆粒和樹脂的測量
  • 紙和紡織品：在線厚度測量
  • 煙草和煙草葉片的測量
  • 葡萄酒和葡萄應(yīng)用：白利糖度，pH值，TA等的測量

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