专利名称：利用近红外光谱分析技术快速测定木材气干密度的制作方法
技术领域：
本发明是一种木材气干密度测定方法，尤其是一种利用近红外光谱分析技术快速测定木材气干密度的方法。
背景技术：
众所周知，为了能更好的利用造纸木材进行制浆造纸，需要准确、迅速、广泛地获取木材的密度。密度是木材性质中最重要者，木材的力学性质、硬度、抗磨性、木材热值、木材蒸煮装锅量以及纸浆得率都与木材密度具有密切的关系。然而，采用传统的木材性质评价方法一般需要消耗大量的人力及时间。因此，寻求一种快速、准确评价木材密度的方法， 已经成为制浆造纸科学研究的重要内容之一。近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy，简称OTRS)分析技术是利用样品的近红外特征吸收峰与样品成分含量及性能之间建立的数学关系，来预测未知样品成分含量及其性能。与中红外相比，尽管近红外光谱的倍频或组合频吸收强度比基频峰强度大约低 1 3个数量级，但由于这些弱的吸收带没有在MIR吸收带显示出边缘干扰，所以在一个较大的吸收动态范围内这些吸收带强度与被测物浓度之间有线性关系。近红外光谱分析技术也是一种高效快速的现代分析技术，综合运用了计算机技术、光谱技术和化学计量学等多个学科的最新研究成果，以其独特的优势在多个领域得到了日益广泛的应用，并已逐渐得到大众的普遍接受。近年来，由于计算机与化学统计学软件的发展，特别是化学计量学的深入研究和广泛应用，使近红外光谱技术成为发展最快、最引人注目的光谱技术。在短短十几年内，近红外光谱技术已快速发展成为一项极具竞争力的分析技术。近红外光谱分析技术是一项新的木材无损评价技术，能够迅速、准确地对固体木材或木粉等试样的性质进行全面无损评价。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有木材气干密度分析测定时存在的尺寸测量不准和试样制备困难的问题，提供一种简便易行、快捷方便，能有效、快速、准确地对木材气干密度进行分析测定的方法。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案一种利用近红外光谱分析技术快速测定木材气干密度的方法。其方法为a.按尺寸30mmX30mmX30mm制作试样木块； b.用直线量测法测定木材气干密度；c.利用近红外光谱分析仪采集木块试样的近红外光谱数据；d.采用化学计量法将木材的气干密度实测值与其近红外光谱数据建立的数学预测模型；e.采用建立的数学预测模型对按步骤c采集的未知气干密度的木材近红外光谱数据进行分析，从而快速、准确地测定木材气干密度。所述步骤a中木块样品包括针叶木和阔叶木。所述步骤c中近红外光谱数据为利用近红外光谱分析仪采用积分球漫反射方式获得的吸光度值。
所述步骤d中化学计量法为偏最小二乘法，对光谱数据采用最大-最小归一化进行预处理，数学预测模型为针叶木和阔叶木混合建立的数学预测模型。本发明采用近红外光谱仪可在不用制备成30mmX30mmX30mm木块的情况下，利用近红外光谱仪采集木材的近红外光谱数据并建立数学预测模型，采用建好的数学模型可以快速、准确地测定木材气干密度，为制浆造纸和林木培育提供快速技术数据支持。
图1为采用本方法建立的气干密度模型图。
具体实施例方式收集各种阔叶木和针叶木，按尺寸30mmX30mmX30mm制作试样木块，调整木块水分后，用直线量测法测定木材气干密度和采用近红外光谱仪在12500 seoocnr1光谱区间内采集近红外光谱数据。采用化学计量法中的偏最小二乘法将木材的气干密度实测值与其近红外光谱数据建立木材数学模型，并对模型进行优化，剔除一些异常样品，使得模型的决定系数(R2)达到0. 97以上，交叉验证均方根偏差(RMSECV)值为0. 0152，残留预测偏差(RPD)大于6. 4， 如图1所示。利用建立好的模型对未知气干密度木材的近红外光谱数据进行分析，即可测定快速、准确地测定木材的气干密度。本发明的实施例子测定结果见表1。表1近红外气干密度模型与直线量测法测定值比较
样品号直线量测法/g/cm3近红外模型法/g/cm3绝对误差/g/cm3相对误差/%HicOl0.3450.348-0.003-0.87mc020.4560.4550.0010.22mc030.5640.5550.0091.59mc040.4680.472-0.004-0.85mc050.4640.4610.0030.65mc060.3480.357-0.009-2.59mc070.4960.515-0.019-3.83mc080.5350.5310.0040.75mc090.6510.6320.0192.92mclO0.6120.624-0.012-1.9权利要求
1.一种利用近红外光谱分析技术快速测定木材气干密度的方法。其特征是包括以下几个步骤a.按尺寸30mmX 30mmX 30mm制作试样木块；b.用直线量测法测定木材气干密度；c.利用近红外光谱分析仪采集木块试样的近红外光谱数据；d.采用化学计量法将木材的气干密度实测值与其近红外光谱数据建立的数学预测模型；e.采用建立的数学预测模型对按步骤c采集的未知气干密度的木材近红外光谱数据进行分析，从而快速、准确地测定木材气干密度。
2.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述木材样品包括针叶木和阔叶木。
3.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述步骤a中的木块尺寸为 30mmX 30mmX 30mmο
4.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述近红外光谱数据为利用近红外光谱分析仪采用积分球漫反射方式获得的吸光度值。
5.根据权利要求书1所述的方法，其特征是对光谱数据进行最小-最大归一化预处理。
6.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述木材密度为气干密度。
7.根据权利要求书1所述的方法，其特征是所述数学预测模型为针叶木和阔叶木混合建立的数学预测模型。
全文摘要
本发明公开了一种利用近红外光谱分析技术快速测定木材气干密度的方法。它解决了现有木材气干密度直线量测时存在的尺寸测量不准和试样制备困难的问题，具有简便易行、快捷方便，能有效、快速、准确地对木材气干密度进行分析测定等优点。其方法为a.按尺寸30mm×30mm×30mm制作试样木块；b.用直线量测法测定木材气干密度；c.利用近红外光谱分析仪采集木块试样的近红外光谱数据；d.采用化学计量法将木材的气干密度实测值与其近红外光谱数据建立的数学预测模型；e.采用建立的数学预测模型对按步骤c采集的未知气干密度的木材近红外光谱数据进行分析，从而快速、准确地测定木材气干密度。
文档编号G01N21/35GK102192891SQ20101011672
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者聂怡, 薛崇昀, 贺文明 申请人:中国制浆造纸研究院