一种毛竹中纤维素含量的检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纤维素含量检测技术领域，具体设及一种毛竹中纤维素含量的检测系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%W上。W毛竹为原料生产的竹浆纤维是近年来我国自行研发成功的一种再生纤维素纤维，具备良 好的可纺性和服用性能，尤其是具有抗菌、抑菌、防紫外线和易于生物降解等特性。纤维素 是组成竹原纤维细胞的主要物质，也是它能作为纺织纤维的意义所在。由于竹龄不同，竹子 部位不同，W及竹子产地、品种不同，其纤维素含量也不同，因此快速准确的测出毛竹中纤 维素含量具有实际意义。
[0003] 目前植物中纤维素含量的测量方法主要有：
[0004] 1、采用范氏（VanSoest)的洗涂纤维分析法 阳0化]原理：粉末状待测样本经中性洗涂剂煮沸处理，不溶解的残渣为中性洗涂纤维，主 要为细胞壁成分，其中包括半纤维素、纤维素、木质素和娃酸盐。再经酸性洗涂剂处理，剩余 的残渣为酸性洗涂纤维，其中包括纤维素、木质素和娃酸盐。酸性洗涂纤维经72%硫酸处理 后的残渣为木质素和娃酸盐，从酸性洗涂纤维值中减去72%硫酸处理后的残渣为样本中的 纤维素含量。
[0006] 2、比色法测定纤维素含量
[0007]原理：纤维素是由葡萄糖基组成的多糖，在酸性条件下加热使其水解成葡萄糖。然 后在浓硫酸作用下，使单糖脱水生成慷醒类化合物。利用蔥酬试剂与慷醒类化合物的蓝绿 色反应即可进行比色测定。
[0008] W上方法都是通过分离纤维素物质或者分解纤维素，进而间接推断出含量，但是 在处理过程中，无法排除测量过程中造成的损失。并且用W上传统的湿化学方法检测时需 要用到大量的试剂进行前处理，非常耗时且需要大量劳力，过程繁琐，无法做到快速实时的 检测。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种的毛竹中竹纤维素含量的检测系统集方 法，实现确定毛竹中纤维素含量的快速、无损、低成本检测。
[0010] 一种毛竹中纤维素含量的检测系统，包括：
[0011] 透明样品槽，其侧壁外周沿周向均匀设有22个透过波长不同的滤光片，
[0012] 可旋转工作台，用于承载所述透明样品槽；
[0013] 光源，用于照射预设检测点；
[0014] 检测器，用于检测在光源照射下预设检测点处的漫反射率；
[0015] 控制单元，用于控制可旋转工作台转动使透明样品槽侧壁外周的滤光片转动至预 设检测点处，并获取检测器检测到的漫反射率w计算毛竹中纤维素含量。
[0016] 本发明中光源为线光源，发出的光线为平行光束，沿水平方向照射透明样品槽的 侧壁。进一步优选，所述光源为近红外光源。控制单元多通过计算机实现。
[0017] 本发明中检测器可采用常见的光电探测器，获取从预设检测点射出的光线的强 度，该光线实际上为置于透明样品槽中的样品对光源的漫反射光线，根据光源的强度，即可 得到漫反射率。
[0018] 由于一个滤光片对应一个透过波长，因此，相应的滤光片移动至预设检测点时检 测器检测到的漫反射率实际上为样品在该滤光片对应的透过波长处的漫反射率。
[0019] 能够实现毛竹中纤维素含量的自动检测，提高了检测效率，且通过计算机控制，提 局了检测精度。
[0020] 22个滤光片的透过波长分别为1100皿、1170皿、1228皿、1380皿、1422皿、1510皿、 1542nm、1616nm、1648nm、170 化m、1730加1、1776加1、1878nm、1898nm、1924nm、2112nm、2180nm、 2296nm、2312nm、2362nm、2410nm和 2460nm。
[0021] 1380nm附近波长对应C-H伸缩W及-C&变型，1400~1660nm吸收峰与0 -H伸 缩振动基频有关，1725nm附近与-邸2的C-H伸缩振动基频有关，1996nm透过波长与0 -H 及C= 0的伸缩振动基频的二级倍频特征吸收谱带相关，2100nm附近信号与纤维素的0 -H 及C-H伸缩有关，2280nm和2322nm处信号与C-H伸缩有关。
[0022] 所述控制单元根据如下公式计算得到待测毛竹中的纤维素含量：
[0023] Y纤维素=0. 577-4. 970Ai-14. 428A2+38. 602A3-28. 477A4巧.843As-8. 248Ae-7. 833A7+ 35. 148As-21.O96A9-I5. 870Ai〇+16. 154A"-33. 413Ac+32. 306Ai3_7. 314Ai4_1. 146Ai5_5. 389Ai6 -4. 364Ai7+18. 9：MAis-ll. 552Aig+，14.I93A20-I5.357A21+I.6O4A22
[0024] 其中，Ai、、A3、A4、As、Ag、A?、Ag、Ag、Aiq、A。、Ai2、A。、Ai4、Ai5、Ai6、Ai7、Ai8、Aig、A^q、A^i 和A22分别为待测毛竹在22个透过波长处的吸光度，且波长依次增大（即从A1~A22对应 的透过波长依次增大），所述吸光度根据相应透过波长处的漫反射率计算得到。
[00巧]吸光度可W通过吸收率、透过光率计算得到。本发明中考虑到毛竹本身性质，利用 漫反射率计算。针对任意一个透过波长，待测毛竹在该透过波长处的吸光度A利用公式：
[0026] A=log(l/R)
[0027] 计算得到，其中，R为待测毛竹在该透过波长处漫反射率，根据待测毛竹的漫反射 光谱得到。
[0028] 为便于实现，所有滤光片的形状相同，展开时均为矩形。为避免测试时需要的粉末 过多，本发明中滤光片的一端与透明样品槽的底部相齐平，且沿周向相邻的两个滤光片之 间无缝隙。
[0029] 进一步，为提高检测精度，各个滤光片贴覆在的其侧壁外周上，且沿透明样品槽高 度方向的长度为3~5cm。预设检测点的高度为滤光片沿透明样品槽高度方向的长度的一 半。本发明中预设检测点的高度W样品槽底部为基准线。
[0030] 基于上述检测系统，本发明还提供了一种毛竹中纤维素含量的检测方法，包括如 下步骤：
[0031] (1)待测毛竹风干磨粉W得到待测毛竹粉末； 阳0巧 似将待测毛竹粉末放入透明样品槽中，通过控制单元控制可旋转工作台转动，得 到22个滤光片在预设检测点处的漫反射率并计算得到毛竹中纤维素含量。
[0033] 本发明方法仅采用22个透过波长处的吸光度即可完成检测，易于实现，且不需要 化学试剂，环保。
[0034] 作为优选，待测毛竹粉末的粒径为250ym至380ym。
[0035] 为保证检测精度，所述步骤（2)中将待测毛竹粉末放入透明样品槽中使待测毛竹 粉末的高度为3~5畑1。
[0036] 本发明毛竹在22个透过波长处的吸光度作为自变量，W毛竹中纤维素含量作为 因变量，根据毛竹中纤维素含量与毛竹在22个透过波长处的吸光度的关系，实现毛竹中纤 维素含量的无损、快速检测。
[0037] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0038] 快速，基于22个特定波长处的吸光度来实现的，所W相对于全波长光谱测量法检 测时间更短；
[0039] 检测步骤少、操作简单，避免了传统纤维素含量测量的提取、析出等繁琐、耗时的 样品制备过程；
[0040] 检测系统结构简单，易于实现，成本低，仅采用22个透过波长实现检测，所W基于 本发明方法的仪器结构和原理比较简单，体积较小，故对应的仪器价格相对便宜，维护的成 本也低，且检测精度高；
[0041] 具有良好的经济效益，由于毛竹中纤维素含量与生产所需竹浆纤维密切相关，传 统的测量手段在提取、消解等方面需要耗费大量的试剂与人力，本发明方法可W快速、准确 的检测毛竹中纤维素含量，可W为工业加工提供有用信息；
[0042] 环保，不会像传统检测那样消耗大量化学试剂，因此不会对环境造成不利影响。
【附图说明】
[0043]图1为本实施例的检测系统的结构示意图；
[0044] 图2为22个滤光片的透过波长在竹粉近红外光谱中的分布情况；
[0045]图3为本实施例中建模集与预测集样本的纤维素含量的预测值与实际值的散点 分布图。
【具体实施方式】
[0046] 下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0047] 如图1所示，本实施例的毛竹中纤维素含量的检测系统，包括： W48] 透明样品槽1(本实施例中为透明石英材质），其侧壁外周的底部均匀设有22个透 过波长不同的滤光片2;可旋转工作台3,用于承载透明样品槽1;光源4,用于照射预设检 测点；检测器5,用于检测在光源照射下预设检测点处的漫反射率；控制单元6,用于控制可 旋转工作台3转动使透明样品槽1侧壁外周的滤光片2转动至预设检测点处，并获取检测 器检测到的漫反射率W计算毛竹中纤维素含量。 W例透