二醋酸纤维素丙酮溶液中固形物含量检测方案(近红外光谱仪)

近红外透反射光谱法快速测定二醋酸纤维素丙酮溶液固形物含量 二醋酸纤维素丝束是一种再生纤维素纤维，丝束纤维的比表面积大，且具有吸湿、吸附性好等特点，因此对卷烟烟气中的有害成份具有较好的吸附与截留作用，是制作香烟过滤嘴的主要材料。其工艺过程是以天然木浆为原料，经醋化处理成二醋酸纤维素片，通过溶剂溶解、过滤、纺丝、卷曲、干燥等工艺加工而成 二醋酸纤维素丝束的生产过程是利用二醋酸纤维素在丙酮中良好的溶解性，溶解于丙酮后通过喷丝帽喷出并挥发溶剂后获得。二醋酸纤维素丙酮溶液的浓度是产品稳定性的重要参数。生产上二醋酸纤维素的丙酮溶液(以下简称浆液)主要由二醋酸纤维素，矿物油，二氧化钛等组成。固液比(固形物含量、浆液浓度)即是二醋酸纤维素，矿物油，二氧化钛等含量与溶剂的比例。传统的固液比测定方法为重量法，具体做法是称取一定量的浆液置于170 热板上，完全挥尽溶剂后再次精确称量即得到固液比。此方法存在以下几点局限： 一、由于热板重量法精确称量前需要挥尽溶剂，测试等待时间较长(一个样品分析时间约需30分钟)；二、称量时由于热板上的浆饼带有部分静电和回潮特性，导致称量读数存在一定技巧性，从而将有可能引入人为误差。因此，开发一个快速准确且受人为操作因素影响少的分析方法已成为相关企业的迫切需求。 建立定量模型及模型验证所用样品集由生产样品和配制样品两部分组成，共计269份样品。全部样品的固形物含量范围为26%-29%，该范围略大于常规生产样品的固形物变化范围，以此保证模型的适用性。所有浆液样品取出后均先由经验丰富的实验室分析人员先采用传统热板法测定固形物含量作为参考值。 近红外光谱图采集采用Thermo Fisher Antaris Il傅里叶变换近红外光谱仪(如图1)，搭配漫反射采样模块，配备镀金背景和镀金漫反射表面的积分球及高灵敏度InGaAs检测器，专门用于分析粘稠样品、悬浊液等特殊类型样品的粘性样品附件。光谱采集及数据分析采用工作流编辑软件 ResultTM 和化学计量学软件TQAnalystTM. 透反射采样方式：将浆液样品挤入2"x3"聚乙烯袋中，采用积分球及粘性样品附件采集其近红外透反射光谱图。具体操作过程是将带有镀金反射镜面的样品臂安装在积分球的样品支架上(如图2)，后将装有浆液样品的自封袋直接夹在积分球窗口和镀金反射镜面之间。 光谱采集参数如下：光谱分辨率为8.0 cm1，扫描光谱范围是4000-10000 cm1，样品扫描次数32次，单张样品光谱采集所需时间不到半分钟。 图1 Antaris II傅里叶变换近红外光谱仪 图2积分球及粘性样品附件 实验结果与分析 由于浆液样品外观及性状较为特殊，因此选择一种合适的采样方式以获取信号强、重复性高的高质量近红外光谱图是分析方法开发的重要基础。本实验尝试比较了两种基于积分球漫反射模块的采样方式：漫反射模式与透反射模式。前者具体方法是直接将装有浆液样品的自封袋放置于积分球上进行漫反射光谱采集；后者则是通过带有镀金反射镜面的样品臂实现透反射光谱采集(具体描述及示意图可见“实验仪器及方法”部分)。图3分别是两种采样方式下的浆液样品光谱图，经对比可以发现，漫反射采样模式下近红外光在长波区(低波数区)反射率高，基线上移；而透反射采样方式下由于光程固定，取得的光谱图质量较为出色。因此后续实验选择采用透反射方式采集浆液样品光谱图。图4为全部浆液样品的透反射光谱图。 图3两种采样方式下的浆液光谱图 图4全部浆液样品的近红外透反射图 固形物含量模型建立 利用TQ AnalystTM软件中的偏最小二乘回归算法(PLS)建立浆液透反射光谱与固形物含量的定量校正模型，首先利用软件中相应功能选择合适的建模波段和光谱预处理方法并剔除异常样本后，分别以校正集误差均方根 (RMSEC) 和验证集误差均方根(RM-SEP)来考察模型对校正集样品和验证集样品的预测误差，评价模型的预测性能。固形物含量的模型预测值与参考值的相关图如图5所示。由图可见，模型预测值与参考值之间具有良好的相关性(相关系数达到0.98)，表明浆液固形物定量校正模型具有较好的拟合效果及预测能力。 图5固形物含量模型相关图 固形物含量模型验证 使用来自不同生产部位的浆液样品作为验证样品对模型进行外部验证，与传统热板重量法对照结果如表1：表1：外部验证样品结果表 采用统计检验考察验证样品的近红外法和传统热板法测定值之间是否有显著差异。由于样本量n>30，采用大样本Z检验。由于是检验来自两个不同总体的两个样本平均数，看它们各自所代表总体的差异是否显著，因此采用双总体Z检验。 Z值计算公式为： V7 "n其中： X.X是样本集合一(近红外法值)、样本集合二(传统热板法值)的平均数；S.，S，是样本集合一、样本集合二的标准差；n.，n，是样本集合一、样本集合二的容量。 计算得乙值： V 5 5 即 近红外法和传统热板法测定的两组数据不存在显著差异。 二醋酸纤维素丙酮溶液的固形物含量是二醋酸纤维素丝束生产过程中的重要质控指标。采用近红外透反射光谱法能够实现对浆液固形物含量的快速、准确测定。近红外法测得的浆液固形物与传统热板方法无显著差异，而近红外光谱法将测试时间从半小时缩减到数十秒，同时又能很大程度上避免传统手工方法带来的人员操作误差，因此将能成为醋酸纤维素丝束生产中间体质量控制的一个有力工具。 @2016赛默飞世尔科技。版权所有。所有商标属于赛默飞世尔科技及其子公司。规格、条款和定价或按情况改变。不是所有的国家都能购买到所有的产产。欲知详情，请咨询您当地的销售代表。 赛默飞世尔科技 SCIENTIFIC 热线电话：ales.cad@thermofisher.comwww.thermofisher.comSCIENTIFICPart of Thermo Fisher Scientific 透反射采样方式：将浆液样品挤入2"×3"聚乙烯袋中，采用积分球及粘性样品附件采集其近红外透反射光谱图。具体操作过程是将带有镀金反射镜面的样品臂安装在积分球的样品支架上（如图2），后将装有浆液样品的自封袋直接夹在积分球窗口和镀金反射镜面之间。光谱采集参数如下：光谱分辨率为8.0 cm-1，扫描光谱范围是4000-10000 cm-1，样品扫描次数32次，单张样品光谱采集所需时间不到半分钟。