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    愛萬

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      愛萬提斯
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      愛萬提斯
    用近紅外光譜法測量二氧化硅顆粒的含水量

    近紅外光譜的廣泛應用


    近紅外(NIR)光譜技術(shù)可以實時測量不同物質(zhì)的含水量,這項技術(shù)被廣泛應用于制藥、食品、化學、農(nóng)業(yè)和建筑等多個行業(yè)中。

    制藥工業(yè)在制藥工業(yè)中,通過分析樣品的近紅外吸收光譜,可以確定樣品的含水量,這對于確保藥品的安全和生產(chǎn)一致性來說非常重要。

    食品工業(yè):在食品工業(yè)中,近紅外光譜常用于顆粒狀食品,如谷物和粉末狀配料的含水量分析,這有助于質(zhì)量控制和生產(chǎn)過程優(yōu)化。

    化學工業(yè):在化學工業(yè)中,近紅外光譜也用于監(jiān)測和控制顆粒物質(zhì)的含水量。在制造過程中實時測量產(chǎn)品濕度水平,確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

    農(nóng)業(yè)應用:近紅外光譜在農(nóng)業(yè)中常用于監(jiān)測顆粒材料(如肥料,土壤樣品和動物飼料)的含水量以評估它們的質(zhì)量和有效性。另外,還可以通過測定農(nóng)作物的含水量和其他參數(shù)來檢測農(nóng)作物的質(zhì)量。

    建筑行業(yè):近紅外光譜在建筑行業(yè)中常用于測量顆粒材料(如沙子,礫石和混凝土),墻壁,油漆和木材的含水量。有了這些信息可以判斷建筑材料的預期強度、耐久性,確保它們符合質(zhì)量標準。




    PART01 實驗簡介



    橡膠工業(yè)用二氧化硅顆粒

    的近紅外光譜測量

    經(jīng)過硅烷化反應的二氧化硅常被用作橡膠化合物中的補強材料。添加二氧化硅到橡膠化合物中,可以提高橡膠化合物的各種機械性能,如抗拉強度、抗撕裂性、耐磨性和剛度。它還改善了橡膠化合物的動態(tài)性能,如回彈彈性和遲滯性。

    同時,二氧化硅也是一種吸濕性材料,這意味著它具有很強的吸水性。但是,二氧化硅顆粒的含水量會影響其硅烷化反應,從而影響它作為橡膠復合補強材料的性能。

    因此,本實驗將取3種二氧化硅顆粒樣品,使用Avantes近紅外光譜儀檢測它們的吸收光譜,以此辨別這些二氧化硅顆粒樣品中是否含有水及它們的含水量。






    PART02 實驗儀器



    本實驗使用了2款不同型號的光譜儀,實驗詳細配置如下:

    光譜儀1

    配置

    描述

    光譜儀

    AvaSpec-NIR256-1.7-EVO

    光譜范圍

    900-1700nm


    光譜儀2:

    配置

    描述

    光譜儀型號

    AvaSpec-NIR256-2.5-HSC-EVO

    光譜范圍

    1000-2500nm

    光源:

    光源類型

    型號

    鹵素燈

    AvaLight-HAL-S-Mini

    軟件:

    軟件類型

    型號

    AvaSoft

    8.16.1

    光纖類型:

    光纖類型

    光纖芯徑(μm)

    長度(m)

    光纖套管

    FCR-7UVIR

    400

    2

    BX(不銹鋼)

    參考:

    白參考類型

    型號

    白色參考瓦

    WS-2

    樣品:

    二氧化硅樣品

    BET比表面積(m2/g)

    加熱損失(2h@105℃)(%)

    1

    165-185

    4-7

    2

    150-170

    6-8

    3

    150-170

    4.5-7.0




    PART03 實驗結(jié)果



    水在近紅外光譜中存在兩個不同的吸收峰,這兩個峰分別在1400 nm左右和1900 nm左右。因此,我們選擇使用兩種不同光譜范圍的近紅外光譜儀:NIR1.7(光譜范圍900-1700nm)和NIR 2.5(光譜范圍1000-2500nm)。


    圖1:使用NIR1.7 (圖A)和NIR2.5 (圖B)測量二氧化硅顆粒(樣品1、2、3)的光譜圖

    如圖所示,NIR1.7和NIR2.5都檢測到了1400nm附近的水吸收峰。圖A所呈現(xiàn)的吸收峰曲線變化幅度相較于圖B更明顯,這是因為NIR1.7的分辨率更高


    圖2:使用NIR1.7 (圖A)和NIR2.5 (圖B)測量經(jīng)微分處理后的二氧化硅顆粒(樣品1、2、3)的光譜圖

    通過計算光譜的一階導數(shù)(圖2)來消除基線漂移和其他影響(如粒徑和溫度),可以看到不同類型的二氧化硅顆粒之間有著細微的區(qū)別。

    結(jié)論:實驗結(jié)果圖顯示,在大約1400 nm和1900 nm處存在明顯的水吸收峰,表明3種二氧化硅顆粒樣品中都含有水。其中,樣品1的水吸收峰曲線強度較高,表明它的含水量高于其他樣品。通過比較實驗結(jié)果圖A和B可以發(fā)現(xiàn),NIR1.7的分辨率更高,能夠更精確地識別水吸收峰的變化,更細微地區(qū)分不同類型的二氧化硅顆粒。NIR2.5測量的光譜范圍更大,可以同時識別1400nm和1900nm處的水吸收峰。

    應用Avantes近紅外光譜儀與化學計量模塊可以快速,非破壞性,準確的檢測水分含量。