锦纶氨纶混纺物中纤维含量检测方案(近红外光谱仪)

上海昊量光电设备有限公司Add： Rm. 905， F Building， No. 86 Caobao road，Shanghai 200235 P.R. China 上海昊量光电设备有限公司Shanghai 200235 P.R. China INSION近红外光谱仪测量锦纶氨纶混纺物纤维含量 应用背景 近年来，纺织品纤维成分的定量分析在纺织品的众多检测则目中地位非常重要。然而，现有的纺织品成分分析方法(化学溶解法、显微镜法)存在检测周期长，检测环境要求高，化学试剂有毒有害，对环境造成污染大，检测成本高，对人员要求高等缺点。同时，检测过程也具有破坏性，近红外光谱法以其快速、简捷和无损坏的特点立刻进入大家的眼球。 近红外光谱技术是利用物质在近红外光谱区域特定的吸收特性快速检测样品中的多种化学组分或一种化学组分的方法。近红外光谱对物质的穿透能力较强，不需要对样品做任何预处理；近红外光谱还具有不会对人体造成伤害、不会对环境造成污染等特点。目前，近红外在农产品中的应用已经相当广泛，本文就针对105个锦纶混纺纤维布料样品做近红外测量，利用偏最小二乘法(PLS)建立模型，预测样品纤维含量值。 二、 实验条件 本文中近红外光谱法测量锦纶和氨纶纤维含量的实验中采用的是漫反射法测量样品。如下： 1. 105个锦纶氨纶纤维样品，所有样品实验前先用化学法测出纤维的含量值。 2. INSION 乡红外光纤光谱仪 NIR NT/S。波长900nm~1700nm.分辨率16nm。信噪比5000：1. 3. 漫反射型Y型光纤。光纤内径600um。反射端7根光纤组成。石英光纤波长范围：350nm~2500nm。 4. 卤素灯光源采用的是 PhotonControl 的 SPL-2H， 主要波长是 350nm~2000nm，功率可调。 5. 实验所需要的固定支架，标准白班等。 6. 环境温度： 20℃左右，湿度60±5%。 7. 样品测量点：每个样品选三个不同位置采集近红外光谱，取平均光谱作为一个样品的所测光谱信息。 三、 产品介绍 NIR NT/S 是 INSION公司新开发的一款用于集成手持设备或者大型设备的微型近红外光谱仪。他们将光栅、反射镜狭缝巧妙地集成在一块光学镜片上，使得整个光谱的光学元件是-一个整体，不受外界复杂环境影响，抗振性和稳定性异常强大。这种技术使得光谱仪每次测量的偏差非常小，重复性非常高，能达到 0.1nm。由于光学部件的高度集成性，批量化生产不但可以直接降低成本，而且每台光谱仪之间的差异性非常小。 总结起来，主要优势特点如下： 1. 重复性好——多次测量的光谱重复性优秀。 2. 信噪比高―—利于采集光谱数据。 3. 波长一致性好——每台产品之间的一致性好。 4. 成本低—―利于采集光谱数据。 Aunion Tech Co.，Ltd Add： Rm. 905， F Building， No.86 Caobao road， 四、 光学平台连接 我们将光谱仪和电脑连接起来，光谱仪的光学输出口接漫反射光纤的入口(SMA905接头，选择单根光纤那头)，将光纤漫反射探头固定在固定架上，方面对样品和参考白板做漫反射实验。漫反射光线的另外一个 SMA905 接头(6根光纤那头)接卤素灯光源。如下图： (INSION 近红外光谱仪漫反射测量样品光学平台) 五、 化学计量方法 偏最小二乘法(Partial Least Square，PLS)： 在计算新的隐变量时，对量测矩阵X进行奇异值分解，除了考虑方差最大的原则外，还要同时考虑所得到的主成分与浓度矩阵C最大程度相关，因此能提高线性回归的精度，有利于建立良好的定量分析模型。 Kennard-Stone法：计算样品之间的欧氏距离，选择距离最大的两个作为第一和第二个校正集样品；再计算剩余样品与已选样品之间的距离，选最短距离；待所有剩余样品计算过后，选择这些最短距离中的最长距离所对应的样品选作下一个校正集样品；重复直至所选的校正集样品个数等于事先确定的数目为止。 Savitzky-Golay Derivative (S-G D)：对一个窗口内的数据进行多项式最小二乘拟合，获得一个描述该局部数据的多项式解析式，对该多项式进行求导计算就得到了该窗口中心点的导数。 数据处理均在 Matlab (Ver.R2012a： The MathWorks， USA) 环境下自编程序中完成。 六、 实验结果和分析 Aunion Tech Co.，Ltd Add： Rm. 905， F Building， No. 86 Caobao road， 按照测量条件测得105个样品的近红外光谱图如图1所示，图谱的左边呈现发散状态，是由于样品的不同颜色所致。右边光谱图分布比较均匀。图2可看出样品锦纶含量值近似符合正态分布。我们无法直接从光谱图中找到近红外之间对应的联系，因此需借助化学计量学方法提取有用信息、建立定量模型。 图11105锦锦纶氨纶样品近红外光谱图 图2 105个锦氨样品锦纶含量分布直方图 为提高建模精度，我们用 Kennard-Stone 法选择预测集(80个样品)，剩余样品做为验证集。在比较原始光谱和经 MSC、SNV 光谱校正处理、S-GD和S-GD²光谱预处理等方法及联用方法的处理结果，以校正样本的相关系数(r)和标准差(RMSEC/%)以及预测样本的相关系数(rz)和标准差(RMSEP/%)评价 PLS 模型的优劣，最终选择用 S-GD"方法进行预处理，建立 NIR 快速准确检测氨氨混纺组分含量的数学模型。 图3 NIR 锦氨混纺 PLS 定量分析模型 Aunion Tech Co.，Ltd ( Add： Add： Rm. 9 0 5， F Building， No.86 C a obao road， Shanghai 200235 P.R. China ) 昊量光电 Add： Rm. 905， F Building， No. 86 Caobao road， 综上所述，利用近红外光谱法(NIR)测定样品光谱信息，通过二次求导(S-GD)预处理光谱信息后建立的偏最小二乘(PLS)模型，其校正样本和预测样本的相关系数分别为 0.9944和0.9354，标准差分别为 0.6457 和1.6085， INSION 近红外光谱仪可快速准确检测锦氨混纺纤维组分的含量。 关于昊量光电： 上海昊量光电设备有限公司是 INSION 在中国区的独家代理公司，专注于光电和分析仪器领域的技术服务和产品销售。致力于引进国外顶级光电器件和分析仪器制造商的技术与产品，为国内客户提供幼稚的产品与服务。我们力争在原产厂商与客户之间搭建起沟通的桥梁与合作的平台。 Add： Add： Rm. F Building， No.Caobao road， Shanghai P.R. ChinaTel： + Fax：+-Mail： info@auniontech.com Website： www.auniontech.com