[发明专利]基于拉曼差谱技术的木材细胞壁含水率测量方法

说明书

本发明公开了基于拉曼差谱技术的木材细胞壁含水率测量方法，制备待测木材细胞壁制得不同湿度下的湿样和全干木材细胞壁样品；利用拉曼光谱仪分别测得不同湿度下的拉曼光谱图R_H和全干木材细胞壁的拉曼光谱图R₀；求得拉曼光谱图R_H和R₀中3000‑3700cm^‑1范围内的面积A_H和A₀；利用干燥法测量不同湿度下木材细胞壁试样的含水率M_H；将含水率M_H和面积A_H和A₀，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1s，大大缩短了木材细胞壁含水率的检测时间。

技术领域

本专利涉及木材品质测定领域，尤其涉及基于拉曼差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：

基于拉曼差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)制备全干木材细胞壁样品：将待测木材样品放入烘箱，先在50℃低温下烘干4小时，之后将温度调至103±2℃，连续烘干12h，制得全干样品；

3)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1)中不同湿度下的木材细胞壁的含水率M_H；

4)测定拉曼光谱图：利用拉曼光谱仪测定步骤1)中不同湿度下木材细胞壁的拉曼光谱图R_H和步骤2)中全干木材细胞壁的拉曼光谱图R₀；分别求得拉曼光谱图R_H和R₀中3000-3700 cm^-1范围内的面积A_H和A₀；

5)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M_H和步骤4)中面积A_H和A₀，利用最小二乘法线性回归得到方程：M_H＝k×(A_H- A₀)，用以计算木材细胞壁含水率；方程中M_H为木材细胞壁含水率，A_H和A₀分别为拉曼光谱图R_H和R₀中3000-3700cm^-1范围内的面积，k为参数；