一種毛竹中半纖維素含量的檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半纖維素含量檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種毛竹中半纖維素含量的檢 測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半纖維素和纖維素、木質(zhì)素等一起構(gòu)成了高等植物的細(xì)胞壁，并且和蛋白質(zhì)及酚 類化合物之間存在化學(xué)鍵連接。半纖維素糖類可以被用于發(fā)酵酒精，利用這一生物技術(shù)，可 用植物纖維作原料制取酒精。同時，半纖維素也是竹漿的主要成分之一。以毛竹為原料提 取的竹漿纖維成分中包含了半纖維素，具備良好的可紡性和服用性能，尤其是具有抗菌、抑 菌、防紫外線和易于生物降解等特性。但是半纖維素含量因植物種屬、成熟程度、細(xì)胞類型 及其形態(tài)學(xué)部位的不同而有很大差異。因此快速準(zhǔn)確的測出毛竹中半纖維素含量具有實際 意義。
[0003] 目前植物中半纖維素含量的測量方法主要有：
[0004] 1、采用范氏（VanSoest)的洗滌纖維分析法
[0005] 原理：粉末狀待測樣本經(jīng)中性洗滌劑煮沸處理，不溶解的殘渣為中性洗滌纖維，主 要為細(xì)胞壁成分，其中包括半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽。再經(jīng)酸性洗滌劑處理，剩余 的殘渣為酸性洗滌纖維，其中包括纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽。兩步驟殘渣質(zhì)量相減即為樣本 中半纖維素的質(zhì)量，進(jìn)而求出半纖維素含量。
[0006] 2、堿抽提法
[0007] 原理：半纖維素可以用KOH或NaOH等堿的水溶液從竹材綜纖維素中抽提出來，為 了減少還原性末端基的堿降解，在抽提時可加入一定量的硼氫化鈉或硼氫化鉀。為使半纖 維素沉淀，每次抽提后應(yīng)加入乙酸（KOH)或6MHCl(NaOH)中和溶液中的堿，在已經(jīng)中和并 過濾后的溶液中加入乙醇或其它中性有機(jī)溶劑，使半纖維素進(jìn)一步沉淀析出。
[0008] 以上方法都是通過抽提半纖維素物質(zhì)后，析出半纖維素或者計算質(zhì)量差進(jìn)而間接 推斷出含量，但是在處理過程中，無法排除測量過程中造成的損失。并且用以上傳統(tǒng)的濕化 學(xué)方法檢測時需要用到大量的試劑進(jìn)行前處理，非常耗時且需要大量勞力，過程繁瑣，無法 做到快速實時的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種的毛竹中竹半纖維素含量的檢測系統(tǒng)集 方法，實現(xiàn)確定毛竹中半纖維素含量的快速、無損、低成本檢測。
[0010] -種毛竹中半纖維素含量的檢測系統(tǒng)，包括：
[0011] 透明樣品槽，其側(cè)壁外周沿周向均勻設(shè)有22個透過波長不同的濾光片，
[0012] 可旋轉(zhuǎn)工作臺，用于承載所述透明樣品槽；
[0013] 光源，用于照射預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)；
[0014] 檢測器，用于檢測在光源照射下預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)處的漫反射率；
[0015] 控制單元，用于控制可旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動使透明樣品槽側(cè)壁外周的濾光片轉(zhuǎn)動至預(yù) 設(shè)檢測點(diǎn)處，并獲取檢測器檢測到的漫反射率以計算毛竹中半纖維素含量。
[0016] 本發(fā)明中光源為線光源，發(fā)出的光線為平行光束，沿水平方向照射透明樣品槽的 側(cè)壁。進(jìn)一步優(yōu)選，所述光源為近紅外光源?？刂茊卧嗤ㄟ^計算機(jī)實現(xiàn)。
[0017] 本發(fā)明中檢測器可采用常見的光電探測器，獲取從預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)射出的光線的強(qiáng) 度，該光線實際上為置于透明樣品槽中的樣品對光源的漫反射光線，根據(jù)光源的強(qiáng)度，即可 得到漫反射率。
[0018] 由于一個濾光片對應(yīng)一個透過波長，因此，相應(yīng)的濾光片移動至預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)時檢 測器檢測到的漫反射率實際上為樣品在該濾光片對應(yīng)的透過波長處的漫反射率。
[0019] 能夠?qū)崿F(xiàn)毛竹中半纖維素含量的自動檢測，提高了檢測效率，且通過計算機(jī)控制， 提尚了檢測精度。
[0020] 22 個濾光片的透過波長分別為 1100nm、1126nm、1164nm、1390nm、1448nm、1514nm、 1552nm、1616nm、1696nm、1726nm、1840nm、1992nm、2034nm、2092nm、2220nm、2246nm、2274nm、 2312nm、2356nm、2416nm、2460nm和 2496nm。
[0021] 1380nm附近波長對應(yīng)C-H伸縮以及-CH3變型，1400~1660nm吸收峰與0 -H伸 縮振動基頻有關(guān)，1725nm附近與-012的C-H伸縮振動基頻有關(guān)，1996nm透過波長與0 -H 及C= 0的伸縮振動基頻的二級倍頻特征吸收譜帶相關(guān)，2100nm附近信號與纖維素的0 -H 及C-H伸縮有關(guān)，2280nm和2322nm處信號與C-H伸縮有關(guān)。
[0022] 所述控制單元根據(jù)如下公式計算得到待測毛竹中的半纖維素含量：
[0023] Y半纖維n= 0? 260+5. 532Af2. 691A2-5. 005A3+3. 239A4-3. 952A5-35. 616A6+60. 557A7
[0024] -41. 953A8+50. 269Ag-35. 679A10+7. 900An+8. 647A12-16. 469A13+12. 205A14-12. 36 3A15，
[0025] +6. 284A16-8. 760A17+14. 541A18-10. 674A19+12. 768A20-14. 936A21+6. 216A22
[0026] 其中，A1'A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、An、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A20、A2I 和A22分別為待測毛竹在22個透過波長處的吸光度，且波長依次增大（即從AA22對應(yīng) 的透過波長依次增大），所述吸光度根據(jù)相應(yīng)透過波長處的漫反射率計算得到。
[0027] 吸光度可以通過吸收率、透過光率計算得到。本發(fā)明中考慮到毛竹本身性質(zhì)，利用 漫反射率計算。針對任意一個透過波長，待測毛竹在該透過波長處的吸光度A利用公式：
[0028] A=log(l/R)
[0029] 計算得到，其中，R為待測毛竹在該透過波長處漫反射率，根據(jù)待測毛竹的漫反射 光譜得到。
[0030] 為便于實現(xiàn)，所有濾光片的形狀相同，展開時均為矩形。為避免測試時需要的粉末 過多，本發(fā)明中濾光片的一端與透明樣品槽的底部相齊平，且沿周向相鄰的兩個濾光片之 間無縫隙。
[0031] 進(jìn)一步，為提高檢測精度，各個濾光片貼覆在的其側(cè)壁外周上，且沿透明樣品槽高 度方向的長度為3~5cm。預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)的高度為濾光片沿透明樣品槽高度方向的長度的一 半。本發(fā)明中預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)的高度以樣品槽底部為基準(zhǔn)線。
[0032] 基于上述檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種毛竹中半纖維素含量的檢測方法，包括 如下步驟：
[0033] (1)待測毛竹風(fēng)干磨粉以得到待測毛竹粉末；
[0034] (2)將待測毛竹粉末放入透明樣品槽中，通過控制單元控制可旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，得 到22個濾光片在預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)處的漫反射率并計算得到毛竹中半纖維素含量。
[0035] 本發(fā)明方法僅采用22個透過波長處的吸光度即可完成檢測，易于實現(xiàn)，且不需要 化學(xué)試劑，環(huán)保。
[0036] 作為優(yōu)選，待測毛竹粉末的粒徑為250 y m至380 y m。
[0037] 為保證檢測精度，所述步驟（2)中將待測毛竹粉末放入透明樣品槽中使待測毛竹 粉末的高度為3~5cm。
[0038] 本發(fā)明毛竹在22個透過波長處的吸光度作為自變量，以毛竹中半纖維素含量作 為因變量，根據(jù)毛竹中半纖維素含量與毛竹在22個透過波長處的吸光度的關(guān)系，實現(xiàn)毛竹 中半纖維素含量的無損、快速檢測。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0040] 快速，基于22個特定波長處的吸光度來實現(xiàn)的，所以相對于全波長光譜測量法檢 測時間更短；
[0041] 檢測步驟少、操作簡單，避免了傳統(tǒng)半纖維素含量測量的提取、析出等繁瑣、耗時 的樣品制備過程；
[0042] 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低，僅采用22個透過波長實現(xiàn)檢測，所以基于 本發(fā)明方法的儀器結(jié)構(gòu)和原理比較簡單，體積較小，故對應(yīng)的儀器價格相對便宜，維護(hù)的成 本也低，且檢測精度高；
[0043] 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，由于毛竹中半纖維素含量與生產(chǎn)所需竹漿纖維密切相關(guān)， 也與可再生生物質(zhì)制取酒精相關(guān)，傳統(tǒng)的測量手段在提取、消解等方面需要耗費(fèi)大量的試 劑與人力，本發(fā)明方法可以快速、準(zhǔn)確的檢測毛竹中半纖維素含量，可以為工業(yè)加工提供有 用f目息；
[0044] 環(huán)保，不會像傳統(tǒng)檢測那樣消耗大量化學(xué)試劑，因此不會對環(huán)境造成不利影響。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本實施例的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖2為22個濾光片的透過波長在竹粉近紅外光譜中的分布情況；
[0047] 圖3為本實施例中建模集與預(yù)測集樣本的半纖維素含量的預(yù)測值與實際值的散 點(diǎn)分布圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0049] 如圖1所示，本實施例的毛竹中半纖維素含量的檢測系統(tǒng)，包括：
[0050] 透明樣品槽1(本實施例中為透明石英材質(zhì)），其側(cè)壁外周的底部均勻設(shè)有22個透 過波長不同的濾光片2 ;可旋轉(zhuǎn)工作臺3,用于承載透明樣品槽1 ;光源4,用于照射預(yù)設(shè)檢 測點(diǎn)；檢測器5,用于檢測在光源照射下預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)處的漫反射率；控制單元6,用于控制可 旋轉(zhuǎn)工作臺3轉(zhuǎn)動使透明樣品槽1側(cè)壁外周的濾光片2轉(zhuǎn)動至預(yù)設(shè)檢測點(diǎn)處，并獲取檢測 器檢測到的漫