CN107677692A - 一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法，包括：防腐剂处理得到试样；利用同步辐射X射线对金属元素标准样品进行扫描，利用所述K吸收边校正同步辐射能量；每间隔能量T对所述试样进行连续曝光成像得到一系列X射线投影图，差值为能量T的第三辐射能量和第四辐射能量对应第一X射线投影图和第二X射线投影图；选取第一X射线投影图和第二X射线投影图相减得到金属元素的分布情况。根据本发明的方法，检测精确，操作便捷，适应于无损检测防腐剂处理的竹材，也适用于无损检测防腐剂处理的木材。

Description

一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法
技术领域
本发明涉及竹材的无损检测，更具体地涉及一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法。
背景技术
竹子是地球上生长最快的高等植物，是世界森林资源中重要组成部分。我国有很丰富的竹子资源。竹子速生，产量高，在硬度、弹性等方面也具备优良性能。随着现代科学技术进步，竹子的综合利用技术已不断得到提高，已由原竹利用步入工程结构材料的行列。然而，竹材因含有大量淀粉、糖份、蛋白质及其它盐类物质，往往在日常的温度条件下保存和使用易产生腐朽、霉变和虫蛀，往往会降低甚至丧失其硬度、强度或可使用性。因此，对竹材开展防腐处理，并且对防腐渗透的基础研究显得尤为重要，对合理、高效地利用竹材资源具有重要意义。
目前，铜类防腐剂，如铜胺季铵盐(ACQ)、加铬砷酸铜(CCA)、氨溶砷酸铜(ACA)、铜唑(CuAz)均在竹材防腐方面都有应用。然而，在对铜类防腐处理研究过程中，研究方法上主要是利用光学显微镜或者电镜，因而无法做到原位非破坏。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法。
本发明所述的一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法，包括如下步骤：S1，利用防腐剂对竹材或木材进行防腐处理得到试样，其中，该防腐剂中含有至少一种金属元素，该金属元素具有K吸收边；S2，利用同步辐射X射线对金属元素标准样品进行扫描，利用所述K吸收边校正同步辐射X射线的同步辐射能量；S3，选取第一辐射能量和第二辐射能量之间的经校正的同步辐射X射线，每间隔能量T对所述试样进行连续曝光成像得到一系列X射线投影图，其中，第一辐射能量比所述K吸收边小，第二辐射能量比所述K吸收边大，具有第三辐射能量的第一同步辐射X射线成像得到第一X射线投影图，具有第四辐射能量的第二同步辐射X射线成像得到第二X射线投影图，第三辐射能量位于第一辐射能量和所述K吸收边之间，第四辐射能量位于第二辐射能量和所述K吸收边之间，第三辐射能量和第四辐射能量之间的差值为能量T；S4，选取第一X射线投影图和第二X射线投影图相减得到金属元素的分布情况。
所述防腐剂为铜类防腐剂、锌类防腐剂、或铬类防腐剂。
所述铜类防腐剂为铜胺季铵盐、加铬砷酸铜、氨溶砷酸铜、铜唑。
所述竹材为毛竹。
所述毛竹为去竹黄竹青的竹条。
在所述步骤S3中，同步辐射X射线的光路顺着竹材的导管方向吸收成像。
所述金属元素为铜，所述K吸收边为8.98keV。
第一辐射能量为8.81keV，第二辐射能量为9.11keV。
所述能量T为0.03keV。
第三辐射能量为8.96keV，第四辐射能量为8.99keV。
根据本发明的方法，检测精确，操作便捷，适应于无损检测防腐剂处理的竹材，也适用于无损检测防腐剂处理的木材。
附图说明
图1是根据实施例1获得的Cu元素分布图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
本发明的主要构思在于采用双能减影技术来获取铜类防腐剂处理竹材中的铜元素的分布。
其中，利用同步辐射X射线光能量可调的特性，将入射X射线能量调到和所研究的元素原子某一内壳层电子束缚能相同的位置，使X光子在和原子发生光电效应时所产生能量共振吸收，从内层电离出电子使原子出于电离激发状态；在该元素组成的物质吸收系数和光子能量关系曲线上，反映出吸收边能量所对应的吸收系数有突然的陡变，曲线呈一种不对称的锯齿状，齿峰上下两处吸收系数有相差近一个数量级；因光子和原子K层电子相互作用截面大，容易使得原子电离，加之K层电子在最内层，使K层电子电离其原子吸收的能量最多并能导致整个原子出狱最高电离状态，所以在吸收边辐照技术中，通常选择入射光子能量等于原子K壳层结合能，使之发生强烈的共振吸收效应，此能量称为该元素的K吸收边。
其中，双能减影成像技术为基于确定的元素，分别选取比该元素特定吸收边能量略大和略小的X射线吸收成像，再二者相减。因能量接近，图像中除该元素分布的其他信息对X射线的吸收基本不变，而该元素分布的区域在吸收边前后有很大的差异，所以减影能较好保留该元素的分布情况。
双能减影成像中最早得到广泛应用的是K边减影(KES)，即利用K边附近产生的突变来进行能量减影。该技术在上世纪五十年代即有人提出应用于医学领域，近年来，在材料学领域也逐渐应用，但在木材科学领域还鲜有报道。
实施例1
第一步，选取毛竹，试件为去竹黄竹青的防腐处理竹条；选用铜唑防腐剂；药剂浓度1.40％，加压，制备铜类防腐剂处理竹材；截取备用的试材，尺寸为3mm×2.3mm×3mm(长×宽×厚)；
第二步，利用同步辐射X射线对Cu标准样品扫描，利用Cu的K吸收边校正同步辐射能量；根据Cu的K吸收边8.98keV，选取8.81keV至9.11keV能量，曝光时间为3s，分别吸收成像并相减，成像时X射线光路顺竹材导管方向吸收成像，每隔0.03keV连续取图减影；
第三步，在两相减的图中，大部分没有差异均被减去，然而，能量8.99keV与8.96keV两相减，能有清晰图像呈现(图1)，即为Cu元素分布图，其中的黑色即Cu元素；
第四步，根据图1的Cu元素分布图，可观察到Cu主要富集在处理竹材外围，以及维管系统管道内，在筛管或导管内也均有分布；在一些导管内，存在完全被防腐剂填充的现象。
考虑到同步辐射X射线能量连续，能精确可调，因此可以利用其对CuAz处理竹材中的Cu进行减影成像。
具体地，本发明先对Cu标样扫描，通过Cu的K吸收边校正同步辐射能量；对防腐竹材从8.81keV至9.11keV，每隔30eV连续取图减影。
本发明是在上海同步辐射光源BL13W1光束线站实施的。将试样置于该线站X射线成像样品台，X射线顺着竹材导管方向，选空间分辨率3.25μm×3.25μm×3.25μm CCD镜头，CCD到样品距离12cm。获取的图像用ImagePro Plus减影。
在本发明中，Cu的K吸收边为8.98keV。选取比8.98keV略小或略大的X射线进行吸收成像得到X射线投影图，任意两张X射线投影图通过图像处理软件相减。因为能量接近，图像中除Cu分别的其他信息对X射线的吸收基本不变，而Cu元素分布的区域在K吸收边前后有很大的差异，所以减影能很好地保存Cu元素的分布情况。
在一个优选的实施例中，选取8.99keV与8.96keV的X射线投影图进行相减，图像呈现Cu元素分布。由分布图可知，Cu主要富集在处理竹材外围，以及维管系统管道内，筛管或导管内均有分布；在一些导管内，存在完全被防腐剂填充的现象。
应该理解，每一种元素都有特定K吸收边，当利用其他金属如Zn、Cr等对竹材进行防腐处理时，同样只需要选取比该金属元素如Zn、Cr等的特定K吸收边能量略大和略小的X射线进行成像相减即可。
显然，根据本发明的方法，检测精确，操作便捷，既适应于无损检测铜类防腐剂(或其他金属类如Zn、Cr等)处理的竹材，也能适用于无损检测铜类防腐剂(或其他金属类Zn、Cr等)处理的木材，同时在方法学上也拓宽了同步辐射光双能减影成像检测的应用范畴。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化，如同样适用于铜类或者其他金属类(如Zn、Cr等)防腐处理竹材或者木材的无损检测。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种防腐剂处理的竹材或木材的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，利用防腐剂对竹材或木材进行防腐处理得到试样，其中，该防腐剂中含有至少一种金属元素，该金属元素具有K吸收边；
S2，利用同步辐射X射线对金属元素标准样品进行扫描，利用所述K吸收边校正同步辐射X射线的同步辐射能量；
S3，选取第一辐射能量和第二辐射能量之间的经校正的同步辐射X射线，每间隔能量T对所述试样进行连续曝光成像得到一系列X射线投影图，其中，第一辐射能量比所述K吸收边小，第二辐射能量比所述K吸收边大，具有第三辐射能量的第一同步辐射X射线成像得到第一X射线投影图，具有第四辐射能量的第二同步辐射X射线成像得到第二X射线投影图，第三辐射能量位于第一辐射能量和所述K吸收边之间，第四辐射能量位于第二辐射能量和所述K吸收边之间，第三辐射能量和第四辐射能量之间的差值为能量T；
S4，选取第一X射线投影图和第二X射线投影图相减得到金属元素的分布情况。
2.根据权利要求1所述的无损检测方法，其特征在于，所述防腐剂为铜类防腐剂、锌类防腐剂、或铬类防腐剂。
3.根据权利要求2所述的无损检测方法，其特征在于，所述铜类防腐剂为铜胺季铵盐、加铬砷酸铜、氨溶砷酸铜、铜唑。
4.根据权利要求1所述的无损检测方法，其特征在于，所述竹材为毛竹。
5.根据权利要求4所述的无损检测方法，其特征在于，所述毛竹为去竹黄竹青的竹条。
6.根据权利要求1所述的无损检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，同步辐射X射线的光路顺着竹材的导管方向吸收成像。
7.根据权利要求1所述的无损检测方法，其特征在于，所述金属元素为铜，所述K吸收边为8.98keV。
8.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于，第一辐射能量为8.81keV，第二辐射能量为9.11keV。
9.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于，所述能量T为0.03keV。
10.根据权利要求9所述的无损检测方法，其特征在于，第三辐射能量为8.96keV，第四辐射能量为8.99keV。
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