Vis-NIR spectroscopic analysis of wood pulps for multiparameter prediction

Význam tématu

Spektroskopie v oblasti viditelného a blízkého infračerveného záření přináší rychlou a bezodpadovou analýzu klíčových vlastností buničiny
Umožňuje současné stanovení více parametrů v jediné měřicí sekvenci, což významně zkracuje dobu analýzy
Navrací komplexní pohled na kvalitu papírenských surovin, podporuje optimalizaci výrobních procesů a kvality finálních produktů

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit schopnost metody Vis NIR spektroskopie předpovídat šest parametrů buničiny
Parametry zahrnovaly kappa číslo, hustotu, CSF papírovou prostupnost, pevnost v tahu SCT, odolnost proti smyku RCT a pevnost v tahu
Použitá data sestávala ze 236 standardních papírových testovacích vzorků s referenčními hodnotami získanými konvenčními metodami

Použitá metodika a instrumentace

• Sběr spekter v odrazovém módu na analyzátoru DS2500 v rozsahu 400 až 2500 nm
• Předzpracování spekter pomocí druhé derivace a normalizace SNV pro eliminaci vlivu rozptylu
• Vývoj kvantitativních modelů pomocí algoritmu Partial Least Squares s interní křížovou validací
• Vyloučení pásem citlivých na vodu kolem 1400 a 1900 nm

Použitá instrumentace

• NIRS DS2500 Analyzer
• Software Vision 4.03 pro vývoj a vyhodnocení modelu

Hlavní výsledky a diskuse

• Pro kappa číslo byla dosažena vysoká korelace R2 kolem 0.99 a chyba predikce kolem 3 mg
• Pro hustotu bylo dosaženo R kolem 0.903 a chyba predikce 0.030 g cm3
• CSF papírová prostupnost vykázala střední korelaci R2 kolem 0.785 s chybou kolem 70 mL
• SCT a RCT metody dosáhly hodnot R2 zhruba 0.80 a chyby predikce kolem 2.6 a 7.4 MPa
• Pevnost v tahu se podařilo modelovat s R kolem 0.874 a chybou 5 MPa

Metoda prokázala konzistentní shodu predikovaných a referenčních hodnot, což potvrzují body rozptylových grafů a hodnoty Figures of Merit

Přínosy a praktické využití metody

• Analýza všech šesti parametrů během přibližně 30 sekund
• Podstatné zkrácení doby potřebné k rozhodnutí o kvalitě suroviny
• Eliminace spotřeby chemikálií a vznik chemického odpadu
• Možnost zapojení do inline monitoringu výroby buničiny a papíru

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace Vis NIR spektrální analýzy s procesní automatizací pro reálný čas
• Rozšíření sortimentu predikovaných parametrů včetně chemických složek a mechanických vlastností
• Využití pokročilých statistických a strojového učení pro zlepšení přesnosti a robustnosti modelů
• Nasazení mobilních nebo vestavěných NIR jednotek při výrobě na kontinuálních linkách

Závěr

Vis NIR spektroskopie představuje efektivní alternativu ke konvenčním metodám hodnocení kvality buničiny
Umožňuje rychlé, bezkontaktní a víceparametrické stanovení vlastností srovnatelné přesnosti
Metoda může významně přispět k optimalizaci papírenské výroby a podpořit udržitelnost výrobních procesů

Reference

• NIR Application Note NIR 39, Metrohm