CN114166819A - 一种基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量方法，选取待测木材细胞壁制得不同湿度下的湿样；利用拉曼光谱仪分别测得不同湿度下的拉曼光谱图RH；求得拉曼光谱图中3200‑3700cm‑1范围内的面积AH；利用干燥法测量不同湿度下木材细胞壁试样的含水率MH；将含水率MH和面积AH利用最小二乘法线性回归构建基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量模型。该模型可用于待测木材细胞壁含水率测量的批量测定，每个试样耗时0.5s，大大缩短了木材细胞壁含水率的检测时间。
Description
技术领域
本专利涉及木材品质测定领域，尤其涉及一种基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量方法。
背景技术
木材是四大材料(钢筋、水泥、木材和塑料)中与人类最具亲和力的天然材料，具有很高的可用性、再生性和重要的经济价值。然而，作为天然生物质材料，存在一个不可忽视的重要不良特性—吸湿性。木材的吸湿性会引起湿胀干缩。因此，测量木材含水率对于延长木制品使用寿命、节约木材以及合理利用林木资源具有重要意义。测量木材含水率的传统经典方法是干燥法。干燥法又名重量法，此法准确度高，但操作不便，耗时较长。正是这些明显局限性，制约了该测量方法的实际应用范围和应用场景。
拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱就成为现代分析化学中最常用和不可缺少的工具。基于上述背景介绍，拉曼光谱有希望应用于木材细胞壁含水率的快速测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速的木材细胞壁含水率的测量方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量方法，包括以下步骤：
1)制备不同湿度下的木材细胞壁试样：将选定的木材细胞壁放入恒温恒湿箱，调整湿度，平衡6h，制得不同湿度下的木材细胞壁湿样；
2)干燥法测量不同湿度下木材细胞壁湿样的含水率：利用干燥法测定步骤2)中不同湿度下的木材细胞壁湿样的含水率MH；
3)测定拉曼光谱图：利用拉曼光谱仪测定步骤2)中不同湿度下木材细胞壁湿样的拉曼光谱图RH；求得拉曼光谱图中3200-3700cm-1范围内的面积AH；
4)构建基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量模型：将步骤3)中不同湿度下木材细胞壁的含水率MH和步骤3)中面积AH利用最小二乘法线性回归得到方程：MH＝k×AH+B，用以计算木材细胞壁含水率；方程中MH为木材细胞壁含水率，AH为拉曼光谱图中3200-3700 cm-1范围内的面积，k为测量参数，B为常数项；
5)测定含水率：利用步骤4)中得到的回归方程，批量测定待测木材细胞壁试样含水率。
与现有测量方法相比，本发明的优点是：
单个木材细胞壁试样含水率测量时间缩短为0.5s，适用于试样的批量测量。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更细致的描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1
(1)将银杏木制作成长4mm×宽4mm×厚2μm尺寸的试样；
(2)将银杏木试样放置于恒温恒湿箱，制得湿度为5％，15％，25％，35％，45％，55％， 65％，75％和85％的银杏木细胞壁湿样；
(3)利用干燥法测定(2)中得到的不同湿度下的银杏木细胞壁含水率M5％，M15％，M25％， M35％，M45％，M55％，M65％，M75％，M85％；
(4)利用拉曼光谱仪测得(2)中不同湿度下试样的拉曼光谱图R5％，R15％，R25％，R35％，R45％，R55％，R65％，R75％，R85％；求得拉曼光谱图中3200-3700cm-1范围内的面积A5％，A15％， A25％，A35％，A45％，A55％，A65％，A75％，A85％；
(5)将不同湿度下银杏木细胞壁试样的含水率MH和面积AH利用最小二乘法线性回归得到方程：MH＝0.315×AH+0.0234。
将含水率MH和拉曼光谱面积AH构建拉曼光谱技术测量木材细胞壁含水率模型时，模型的相关系数大于0.95，获得了满意的预测精度，单个试样耗时仅为0.5s。结果说明应用本发明的方法能够快速测量木材细胞壁试样含水率。
实施例2
利用实施例1中方法，对杨木细胞壁试样含水率进行测量，获得回归方程：MH＝0.318×AH+0.0255。批量测量杨木细胞壁试样含水率时，每个试样测定用时仅需0.5秒。结果说明应用本专利的方法能够快速测量杨木细胞壁试样含水率。
实施例3
利用实施例1中方法，对杉木细胞壁试样含水率进行测量，获得回归方程：MH＝0.310×AH+0.0212。批量测量杨木细胞壁试样含水率时，每个试样测定用时仅需0.5秒。结果说明应用本专利的方法能够快速测量杉木细胞壁试样含水率。
Claims (1)
1.一种基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量方法的实验步骤：
1)制备不同湿度下的木材细胞壁试样：将选定的木材细胞壁放入恒温恒湿箱，调整湿度，平衡6h，制得不同湿度下的木材细胞壁湿样；
2)干燥法测量不同湿度下木材细胞壁湿样的含水率：利用干燥法测定步骤2)中不同湿度下的木材细胞壁的含水率MH；
3)测定拉曼光谱图：利用拉曼光谱仪测定步骤2)中不同湿度下木材细胞壁的拉曼光谱图RH；求得拉曼光谱图中3200-3700cm-1范围内的面积AH；
4)构建基于拉曼光谱技术的木材细胞壁含水率测量模型：将步骤3)中不同湿度下木材细胞壁含水率MH和步骤3)中面积AH利用最小二乘法线性回归得到方程：MH＝k×AH+B，用以计算木材细胞壁含水率；方程中MH为木材细胞壁含水率，AH为拉曼光谱图中3200-3700cm-1范围内的面积，k为测量参数，B为常数项；
5)测定含水率：利用步骤4)中得到的回归方程，批量测定木材细胞壁试样含水率。
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| CN104390930A (zh) * | 2014-11-02 | 2015-03-04 | 中南林业科技大学 | 一种基于漫反射红外光谱技术的木材含水率测量方法 |
| CN110208244A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-06 | 华南理工大学 | 一种基于拉曼光谱测试果蔬组织中细胞水平水分含量和分布的方法 |
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