| (纺织面料的近红外光谱检测方法的研究 97页 34829字 包括开题报告 文献综述 任务书 外文翻译 程序 电路图 答辩记录等） 摘要：近年来，近红外技术在仪器、软件和应用技术上获得了高度发展，以其高效和快速的特点，能够显著提高分析工作效率而倍受人们的关注。近红外光谱再加上化学计量学方法，已用于预测各种材料的成分组成，如纺织面料、石油等。当近红外光穿过待测材料时，被照射材料的分子选择性地吸收辐射光中某些频率波段的光，则产生吸收光谱。本次研究我们利用Bruker Optics公司MPA傅立叶变换型近红外光谱仪获得棉晴纶混合纺织面料的吸收数据。文章采用逐步多元线性回归来选择面料吸收光谱908nm～1684nm的特征波长，就棉和晴纶的混合面料进行含量检测研究。通过运算，对平滑处理后的吸收数据建立校准方程，棉和晴纶的检测精度比较高，绝对误差总体控制在15%之内。实验表明近红外光谱检测可以用于纺织面料的定性和定量分析。 本文第一章介绍了近红外光谱检测技术的历史和发展；第二章介绍了近红外吸收光谱原理、近红外光谱检测技术原理、近红外光谱仪的工作原理；第三章介绍了多种化学计量学方法，包括光谱数据预处理方法和定量校正方法；第四章介绍了我在本次研究中所做的工作，包括面料的吸收数据的采集、化学计量学方法的选择和运用、最终得出的结果等；第五章作出了最终的总结。 关键词：纺织面料；近红外光谱；光谱仪；逐步多元线性回归 Research on Examing and Testing of NIR Spectrum Data of Textile Abstract: In recent years, the near-infrared technology access to a high degree of technical development in equipment, software and applications. Its rapid and efficient characteristics, can significantly improve the efficiency of work so it earns much of concerning. Near infrared spectroscopy (NIR) with chemical measurement methods have been used to predict the composition of various materials, such as textile materials, oil and so on. When the near-infrared goes through the material, the material elements selectively absorb the light of certain frequency bands, then we have its absorption spectrum.We acquired the absorb data of mixed acrylic cotton textile with MPA Multi Purpose FT-NIR Analyzer which is produced bt company Bruker. In the detection of cotton and acrylic mixed fabrics, we choose characteristics wavelength within fabrics absorption spectrunm of 908nm~1684nm by progressive multiple linear regression.Through the operation of the absorption data after smoothing, we established the calibration equation.The detection accuracy of cotton and acrylic is relatively high and the error in the overall is no more than 15%. The research shows that near-infrared spectral detection can be used for the qualitative and quantitative analysis of textile. In this paper, the first chapter introduces the history and development of the near-infrared spectral detection.The second chapter introduces Near-infrared absorption spectrum principle and Near-infrared spectral detection principle and how is Near-Infrared Spectrometer works.The third chapter introduces a variety of chemical measurement methods which including pre-processing methods of spectral data and quantitative method of correction.The forth chapter introduces my work in this research,which including the collection of absorption data , selection and application of chemical measurement methods and the final result.The fifth chapter makes a summary. Keywords: textile; Near Infrared Spectroscopy spectrum ; Spectrometer; stepwise multip le linear regression Classification: O657 目 次 摘 要 I 目 次 III 1. 引 言 1 1.1 近红外光谱检测技术的发展 1 1.1.1 国外近红外光谱检测技术研究历史 2 1.1.2 国内近红外光谱检测技术研究历史 2 1.2 本次研究的工作 3 2.理论基础原理 4 2.1 近红外吸收光谱原理 4 2.2 近红外光谱检测技术原理 5 2.2.1 近红外光谱检测技术的组成 5 2.2.2 近红外光谱检测技术的特点 6 2.3 近红外光谱仪的工作原理 7 2.3.1 近红外光谱仪的基本构成 7 2.3.2 近红外光谱仪主要类型以及原理 9 2.3.3 数据采集软件OPUS介绍 10 3. 化学计量学方法 11 3.1 光谱数据预处理方法 11 3.1.1 平滑 11 3.1.2 扣减 11 3.1.3 微分 11 3.1.4 多元散射校正 12 3.1.5 分段多元散射校正 12 3.2 定量校正 13 3.2.1 多元线性回归 13 3.2.2 主成分回归法 15 3.2.3 偏最小二乘法 18 4.本次研究的工作 20 4.1 纺织面料的光谱信息采集 20 4.2 化学计量学结果 25 4.2 误差分析 26 5、总 结 28 参考文献 29 附 录A 31 作者简介 34 学位论文数据采集 35 1. 引 言 中国作为全球最大的纺织品服装生产和出口国，要想在国际纺织品服装贸易中，赢得更多的订单，获得贸易伙伴与消费者的信任，树立良好的品牌形象，必须对产品的质量加以严格控制，其中纺织面料成分的检测就是一个重要的方面。作为第三方的监督或质量认证部门，必须拥有准确、快速、环保的检测手段与仪器，来满足市场需求。而目前存在的一些检测方法，一般是先对混纺产品定性检测后，再选择适当的试剂，把其中的某一个或几个组分纤维溶解，从溶解失重或不溶纤维的重量计算出各组分纤维的百分含量。该方法需要消耗大量的强酸、有机溶剂，测试一个样品需耗时8小时左右，并产生大量有毒污染物。难以满足目前纺织行业生产加工过程中质量快速检测、国际贸易快速通关检测的需求[1]。 近红外光谱（NIR）分析技术是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术之一，在农产品食品化工及生物医学等领域得到了普遍应用。近红外光谱分析技术主要利用有机分子在该谱区的含氢基团的倍频与合频吸收来分析分子的结构、组成、状态等信息。通常情况下用近红外光谱分析样品不需经过预处理，是一种无损实时准确、无污染的分析技术[1]。 1.1 近红外光谱检测技术的发展 长期以来，分析工作以及各行各业中有兴趣于质量控制的人们都期盼着能有一种分析方法，可以快速反馈原料、中间产品以及产品的质量状况，而投入的资金又不是很多。20世纪80年代后期，迅速发展起来的近红外光谱技术，在一定程度上可以满足上述要求，因此引来诸多行业人们的注意。最早认识该技术应用前景的是农业研究人员，他们发现不需要处理样品便可直接快速测定出种子或谷物的水分、蛋白质、灰分、纤维素、糖分和油脂含量等。因此，近红外光谱最先在农业、食品和饲料行业中得到广泛应用，目前已有部分近红外光谱分析方法定为国际标准。 随着计算机技术的迅速发展，光谱信号的数字化成为现代光谱仪器的典型特征之一，加之化学计量学技术可以充分利用全谱或多波长下的光谱数据，通过化学计量学软件快速实现定性或定量分析。近红外光对漫反射技术的特殊适用性，使该技术能对不同形态的物品很方便地取得光谱信息。由于近红外光在常规光纤材料中良好的传输性能，通过光纤可使近红外光谱信息得到远距离输送，使其在工业在线分析中的应用具有巨大的潜力。这些特点组成了近红外光谱在测试工作中的独特优势。在短短十几年内，近红外光谱技术已迅速发展成为一项极具竞争力的分析技术[1] [2]。 1.1.1 国外近红外光谱检测技术研究历史 近红外区域按ASTM定义是指波长在780~2525nm范围内的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域，距今已有200年的历史。20世纪初，人们采用摄谱的方法首次获得了有机化合物的近红外光谱，并对有关基团的光谱特征进行了解释，预示着近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy,缩写为NIR）有可能作为分析技术的一种手段得到应用。由于缺乏仪器基础，20世纪50年代以前，近红外光谱的研究只限于为数不多的几个实验室中，且没有得到实际应用。50年代中后期，随着简易型近红外光谱仪器的出现及Norris等在近红外光谱漫反射技术上所做的大量工作，掀起了近红外光谱应用的一个小高潮，近红外光谱在测定农副产品（包括谷物、饲料、水果、蔬菜、肉、蛋、奶等）的品质（如水分、蛋白、油脂含量等）方面得到广泛使用。这些应用都基于传统的光谱定量方法，当样品的背景、颗粒度、基体等发生变化时，测量结果往往产生较大的误差。进入60年代中后期，随着(中)红外光谱技术的发展及其在化合物机构表征中所起的巨大作用，使人们淡漠了近红外光谱在分析测试中的应用。在此后约20年的时间里，除在农副产品领域的传统应用之外，近红外光谱技术几乎处于徘徊不前的状态，以致被人们称谓光谱技术中的沉睡者。 进入20世纪80年代后期，近红外光谱才真正为人们所注意，这在很大程度上应归功于化学计量学方法的应用，再加上过去中红外光谱技术积累的经验，使近红外光谱分析技术得到迅速推广，成为一门独特的分析技术，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长。 1983年以后，近红外光谱仪器的生产厂就开始每年召开一次国际会议，但会议内容较着重于生产仪器的改进与应用。 1988年国际近红外光谱协会（CNIRS）成立，该协会北美分会对1905—1990年有关近红外光谱的文献做了全面汇编（CBIBL）。关于近红外光谱研究及应用的国际会议，至今已举办了12届，每次会议都出版相应的论文集，刊登了大量涉及近红外光谱仪器、计量学方法、新技术发展和各种新应用的文章。《Journal of Near Infrared Spectroscopy》和《Analytical Chemistry》上也有很多近红外光谱基础研究和应用的文章。近年来，很多近红外光谱技术也常出现在各国的专刊中[2]。 1.1.2 国内近红外光谱检测技术研究历史 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，但1995年以来已受到了多方面的关注，并在仪器研制、软件研究、基础研究和应用等方面取得了可喜的成果，尤其是在农产品、饲料、饮料、药物、石油化工领域中的应用已积累了很多实践经验。有关的报道可以在《分析化学》、《现代科学仪器》、《光谱学与光谱分析》以及各种专业期刊中找到[2]。 1.2 本次研究的工作 本次研究我们利用Bruker Optics公司MPA傅立叶变换型近红外光谱仪获得49个不同棉晴纶含量的面料样本的吸收数据。根据均匀分布原则，从中选出29个特征含量样品作为回归样品，剩余的20个作预测使用，以检验所建模型的好坏通过运算。研究采用逐步多元线性回归选用不同波长间隔的数据参与回归，根据相关系数的高低，剔除无用波长的信息，选出少数几个波长，进行多元线性回归，进而选择出面料吸收光谱908nm～1684nm的特征波长，建立数学模型，就棉和晴纶的混合面料进行含量检测研究。通过模型建立和检验，所得到的棉和晴纶的检测精度比较高，绝对误差总体控制在15%之内。实验表明近红外光谱检测可以用于纺织面料的定性和定量分析。通过误差分析，得到误差来源大致分为光谱测量误差、采样误差、校正误差，在今后的研究中通过改善样品本身、规范操作以及选择更好的化学计量学方法可能可以进一步控制误差，以达到标准的要求。 |
纺织面料的近红外光谱检测方法的研究
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