Brimrose光譜儀在對位芳香族聚酰胺樹脂檢測中的應(yīng)用

實驗?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)例如沖擊強度、模量、拉伸強度、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或相對運動所產(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。實驗證明，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行建模檢測實驗，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。

實驗部分

儀器：實驗儀器為美國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，動態(tài)測樣系統(tǒng)。實驗所用的參數(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：本次實驗樣品全部由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。以下為所有樣品實驗數(shù)據(jù)，隨機選出S03、S06、S24、S26、S30五個樣品做為驗證集，其他樣品建立數(shù)學(xué)模型，模型建好后，進行預(yù)測驗證，將預(yù)測值與化驗值對照來評價模型的預(yù)測能力。

實驗方法：
儀器使用BRIMROSE公司專用的SNAP!掃描軟件進行光譜采集。為獲得良好的光譜數(shù)據(jù)，應(yīng)在穩(wěn)定嚴(yán)格的實驗條件下進行光譜掃描，本實驗中掃描模式設(shè)為“Ratio mode”，因為這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，我們采用了動態(tài)測樣系統(tǒng)，分析樣品量較少的樣品，能充分代表整個樣品的性質(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，實驗中每個樣品采集三次光譜。

實驗結(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，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

 

實驗中所得到的光譜，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這兩個統(tǒng)計量來檢驗剔除。經(jīng)過進行逐步優(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)建模進行聚酰胺類樹脂粘度分析是完全可行的。

模型驗證-內(nèi)部驗證和外部驗證：

實驗結(jié)論：
通過對以上實驗過程及結(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，用于進行非破壞性和接觸/非接觸式分析測試和檢測，擁有從實驗室到生產(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大工具。

額外的探頭附件允許使用相同的分析儀進行液體傳輸測量。

  • 無損分析測試和檢驗
  • Brimrose 分析軟件 – Snap32!
  • 多點，多組件功能
  • 堅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

實時應(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
  • 進貨原料檢驗
  • 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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