水性PUD中不挥发物在线近红外的分析应用

万事皆空-没个性

2020/09/21
宁波分析测试

私聊

近红外光谱（NIR）

水性PUD中不挥发物在线近红外的分析应用

李智
万华化学（宁波）有限公司

PUD就是以水为分散介质代替传统溶剂（甲苯、乙酸乙酯等），以胶粒状态稳定分散在水中的聚氨酯产品。产品主要涉及领域有胶黏剂、涂料、皮革织物、木器等。随着人们生活质量的提高，PUD的产量也随之增高，但是受PUD生产工艺的限制，PUD生产过程的不挥发物的分析要求不断提出新高，实验室分析压力不断增加，分析时效性很满足工艺的要求。

近红外在化工行业中应用很广泛，利用其原理可以测定PUD中不挥发物含量，进行在线监测分析，给予工艺生产中及时、有效的分析数据。近红外主机可以拓展成多个通道，每个通道通过光纤连接到现场的探头、流通池，采集到现场测量点的物质的近红外光谱，并将光谱信号传输至主机的检测器，通过软件进行预测组分含量，为生产监控、工艺调整、质量控制等提供准确及时的数据信息。

关键词：PUD 不挥发物近红外在线分析

一、近红外光谱仪介绍

近红外光谱仪主要由三部分组成，包括电源腔，干涉腔，光学腔。电源腔负责仪器供电，干涉仪等运动部件的控制和红外信号的采集。干涉腔包括光源和干涉仪，是仪器的核心部分。光学腔包含光纤适配机构，以方便连接不同的测量配件。

1.1近红外光谱仪技术指标

分辨率 2cm ^-1-16cm^-1

光谱范围 12500cm^-1-4000cm^-1

光源进口高性能 NIR 光源

干涉仪高稳定立体角镜干涉仪，恒久准直

分束器近红外专用氟化钙分束器

检测器高灵敏度 InGaAs 检测器

激光器固态激光器，寿命 10 年

扫描速度 8cm^-1光谱分辨率下，5 张光谱/秒

仪器电源 100-240 VAC, 50-60 Hz, 100W

计算机通讯以太网卡连接

1.2近红外光谱仪探头

近红外探头用于采集样品光谱信号。由于样品的物态、形状各式各样，需要

采用不同形式的测样探头。根据不同的测量对象，近红外光谱的探头有透射式和

反射式：对于均匀透明的液态样品，如汽油、白酒等样品，透射是最理想的采样

方式；对于固体颗粒、粉末、纸张和织物等样品，如谷物、饲料、烟草等，漫反

射是最常用的测量方式。近红外光谱分析的采样技术具有相当大的选择弹性，可依不同样品物性或环境而改变。

近红外光谱技术应用于过程分析时，一定要根据样品状态(固体粉末、颗粒、液体、浆状物等)、样品性质(形状、流动性、透光性等)这些实际情况选择合适的采样方式。通常情况下，考虑到温度、压力、管道、传输线等外界因素，选用合适的探头作为具体的测样部件。

近红外探头一般以蓝宝石为光窗，同时包含光学聚焦功能，采用杜邦Kalrez O 圈密封。

液体探头具有一定的测量光程；每个探头带有 2 个 SMA 接口，分别与 2 条石英光纤连接，光纤的另一端接到光谱仪主机的 SMA 接口上。

光谱模型数据处理

为了缩短模型建立的时间，采取离线建模，在线修正模型的方法进行。

2.1模型谱图与测量预测偏差

图1不挥发物的预测偏差
图2 模型光谱图像

2.2在线—实验室数据对比

序号	在线数据	实验室数据	偏差 (实验室-在线)
1	44.39	44.8	0.41
2	50.18	49.4	-0.78
3	44.02	44.2	0.18
4	50.83	50	-0.83
5	42.89	43.6	0.71
6	50.99	50.5	-0.49
7	44.96	45.1	0.14
8	48.3	48.3	0
9	42.78	43.3	0.52
10	48.03	48	-0.03
11	41.23	42.2	0.97
12	43.28	44	0.72
13	47.4	48.4	1
14	43.7	44.4	0.7
15	50.3	49.7	-0.6
16	44.24	44.8	0.56
17	49.85	50.1	0.25
18	45.37	45.8	0.43
19	50.69	50	-0.69
20	43.54	43.8	0.26
21	47.87	48.1	0.23
22	43.22	43.3	0.08
23	47.97	48.1	0.13
24	43.08	43.1	0.02
25	48.1	48.5	0.4
26	48.2	48	-0.2
27	48.6	48.5	-0.1
28	50.5	50.7	0.2

2.2.1差值正态性检验

偏差值正态性检验，P值0.343＞0.05，成正态分布，进行配对T检验。

2.2.2配对T检验

实验室%- 在线% 的配对 T

N 均值标准差均值标准误

在线固含 28 46.590 3.074 0.581

质检固含 28 46.739 2.742 0.518

差值 28 -0.1496 0.4962 0.0938

平均差的 95% 置信区间: (-0.3420, 0.0427)

平均差 = 0 (与 ≠ 0) 的 T 检验: T 值 = -1.60 P 值 = 0.122

配对T检验，P值0.122＞0.05，两组数据无显著差异。

2.2.3在线—实验室数据偏差分析