近紅外光譜不同波段的紅松木材含水率預(yù)測(cè)分析

用傅立葉變換紅外光譜(ftir)研究了馬尾松木材被茯苓褐腐菌降解過(guò)程中化學(xué)成分的變化。測(cè)量了木質(zhì)素和綜纖維素的相關(guān)紅外吸收峰的峰高比值,用濕化學(xué)方法測(cè)定了未褐腐和不同褐腐時(shí)間木材的klason木質(zhì)素含量和綜纖維素含量,分析了紅外吸收峰峰高比值與klason木質(zhì)素含量和綜纖維素含量的相關(guān)性。褐腐15周內(nèi),1736和1372cm-1處歸屬于綜纖維素的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱,1510和1225cm-1處歸屬于木質(zhì)素的吸收峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng);但褐腐15周后,1736和1372cm-1處的吸收強(qiáng)度卻開始略微增強(qiáng),1510和1225cm-1處吸收強(qiáng)度略微下降。i1510/i1736,i1510/i1372,i1225/i1736和i1225/i1372與klason木質(zhì)素和綜纖維素含量之間均存在非常好的線性相關(guān),r2為0.96～0.99。i1736/i1510和i1372/i1510與綜纖維素含量之間存在高度線性相關(guān),r2=0.96。結(jié)果說(shuō)明用紅外光譜技術(shù)可以對(duì)木材褐腐過(guò)程中的綜纖維素含量和klason木質(zhì)素含量進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)木材強(qiáng)度分等進(jìn)行了研究。選擇1000~1400nm波段,結(jié)合偏最小二乘法,在木材強(qiáng)度和近紅外光譜數(shù)據(jù)間建立了校正模型,校正模型的相關(guān)系數(shù)(r)為0.89,校正標(biāo)準(zhǔn)誤差(sec)為6.30mpa。利用校正模型對(duì)35個(gè)未知樣品的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè),根據(jù)近紅外預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值分別對(duì)木材樣品進(jìn)行分等,a級(jí)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為75.0%,b級(jí)準(zhǔn)確率為91.3%,c級(jí)準(zhǔn)確率為80.0%,總正確率為88.6%。研究結(jié)果表明,近紅外光譜技術(shù)可以應(yīng)用在無(wú)疵小試樣的木材快速分等中。

因具有快速、無(wú)損、樣品易于準(zhǔn)備、適合于實(shí)際生產(chǎn)的在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，近紅外光譜技術(shù)在木材研究領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本論文闡述近紅外光譜技術(shù)在木材木質(zhì)素、纖維索、抽提物等化學(xué)屬性預(yù)測(cè)、以及開展基于nir技術(shù)的木質(zhì)符合材料的原料屬性的預(yù)測(cè)與分類研究具有重要的實(shí)際意義。

為分析應(yīng)力波在木材中傳播的影響因素,研究應(yīng)力波傳播規(guī)律,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),采用arbotom應(yīng)力波測(cè)試儀測(cè)試60個(gè)紅松無(wú)疵小試件在不同含水率(從絕干到飽濕)和不同溫度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的應(yīng)力波傳播速度。在此基礎(chǔ)上,分別分析應(yīng)力波傳播速度隨含水率或溫度變化的規(guī)律,探討導(dǎo)致應(yīng)力波傳播速度變化的原因,并建立三者之間的回歸模型。結(jié)果表明:含水率和溫度是影響木材中應(yīng)力波傳播速度的2個(gè)重要因素。應(yīng)力波傳播速度隨含水率增加或溫度升高均呈逐漸下降趨勢(shì)。在含水率32%(纖維飽和點(diǎn)附近)以下,傳播速度隨含水率增加下降幅度較大,反之則較小;當(dāng)含水率低于50%時(shí),傳播速度隨溫度升高呈線性下降趨勢(shì);當(dāng)含水率高于50%時(shí),傳播速度在0℃上下有一明顯的跳躍。含水率、溫度與應(yīng)力波傳播速度之間的二元線性回歸模型擬合優(yōu)度較高,決定系數(shù)r2均高于0.95。

本文根據(jù)人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度變異特點(diǎn)，采用時(shí)間序列分析法，建立了人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)木材生長(zhǎng)輪度進(jìn)行近期預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果良好，此研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了木材生長(zhǎng)輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測(cè)，為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)。

本文根據(jù)人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度變異特點(diǎn),采用時(shí)間序列分析法,建立了人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度的動(dòng)態(tài)模型,對(duì)木材生長(zhǎng)輪密度進(jìn)行近期預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果良好。此研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了木材生長(zhǎng)輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測(cè),為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)

采用監(jiān)測(cè)表面顏色和光澤度變化的方法，對(duì)紅松木醇酸樹脂清漆，硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后的易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚所酯漆居中，醇酸制酯漆最好，建議在使用時(shí)添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。

利用近紅外光譜結(jié)合simca模式識(shí)別法來(lái)檢測(cè)馬尾松木材單板節(jié)子。結(jié)果表明,通過(guò)培訓(xùn)集樣本建立的基于主成分分析的simca判別模型對(duì)有無(wú)節(jié)子兩種類型樣本進(jìn)行回判和對(duì)未知節(jié)子類型的樣本(包括無(wú)節(jié)子和有節(jié)子樣本)的判別正確率均達(dá)到90%～100%,說(shuō)明應(yīng)用近紅外光譜結(jié)合simca模式識(shí)別法可以快速有效地檢測(cè)木材表面的節(jié)子缺陷。

采用監(jiān)測(cè)表面顏色和光澤壓變化的方法，對(duì)紅松木材醇酸樹脂清漆、硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后均易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚氨酯漆（pu）居中，醇酸樹酯漆最好．建議在使用時(shí)添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。

運(yùn)用協(xié)整分析對(duì)我國(guó)東北地區(qū)人工林紅松木材密度與氣候變化的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,紅松木材密度與氣候因素之間存在長(zhǎng)期均衡的協(xié)整關(guān)系和顯著的短期動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。在1973～1997年,2、3月平均日照時(shí)間的延長(zhǎng)有利于提高早材密度,而7月份的日照時(shí)間延長(zhǎng)卻不利于提高早材密度;2月氣溫升高,不利于提高整個(gè)生長(zhǎng)輪密度平均值;誤差修正模型和格蘭杰檢驗(yàn)證實(shí),2月氣溫短期內(nèi)對(duì)生長(zhǎng)輪密度的影響存在2～3年的滯后期。人工林紅松的優(yōu)質(zhì)培育需要充分考慮氣候變化的影響。

人工林紅松木材及木制品碳素儲(chǔ)存的研究

通過(guò)應(yīng)力波測(cè)試儀對(duì)紅松木材試件進(jìn)行的檢測(cè)試驗(yàn),研究了木材軸向孔洞的分布、數(shù)量和端部孔洞的分布對(duì)應(yīng)力波傳播時(shí)間、傳播速度的影響,并對(duì)孔徑大小與應(yīng)力波傳播參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行回歸分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)力波傳播時(shí)間與孔徑大小、數(shù)量呈正相關(guān),而應(yīng)力波傳播速度與孔徑大小、數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。端部孔洞對(duì)應(yīng)力波傳播參數(shù)沒(méi)有顯著影響。

研究了人工林與天然林紅松木材力學(xué)性質(zhì)在幼齡材與成熟材中的差異。所有力學(xué)性質(zhì)在紅松幼齡材與成熟材中反映的基本趨勢(shì)是:天然林紅松力學(xué)性質(zhì)高于人工林紅松。其中,紅松幼齡材的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性4項(xiàng)指標(biāo),天然林紅松與人工林紅松的差異達(dá)0.01水平顯著,其次弦切面硬度和弦向橫紋抗壓強(qiáng)度差異達(dá)0.05水平顯著。紅松成熟材的絕大多數(shù)力學(xué)性能指標(biāo)天然林紅松與人工林紅松的差異也達(dá)到0.01水平顯著,并且天然林紅松力學(xué)性質(zhì)高于人工林紅松的基本趨勢(shì)在紅松成熟材中表現(xiàn)得更為明顯。

對(duì)不同林分結(jié)構(gòu)（純林、混交林和三株一叢）的人工林紅松（ｐｉｎｎｓｋｏｒａｉｓｅｎｓｉｓ）木材材質(zhì)進(jìn)行測(cè)試和分析．結(jié)果表明：紅松木材生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)輪寬度、晚材率差異不顯著．紅松木材的管胞長(zhǎng)度、纖絲角、生長(zhǎng)輪密度、干縮率和差異干縮、絕大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)差異顯著。采用綜合坐標(biāo)法。對(duì)不同林分結(jié)構(gòu)的林分木材材質(zhì)進(jìn)行品質(zhì)評(píng)定，綜合性能和建筑材評(píng)定的優(yōu)劣順序?yàn)榛旖涣?、純林、三株一叢的林分；紙漿材的優(yōu)劣順序?yàn)榛旖涣帧⑷暌粎?、純林的林分?/p>

fordifferentsilviculturalmeasures(forestcomposioin,planningdensiy,thinningandpruning),themechanicalpropertiesofpinuskoraiensisplantationsweremeasuredandanalyzed.theresultsshowedthattheeffectofsilviculturalmeasures(forestcomposioin,planningdensiy,thinning)onmechanicalproperties(bendingstrength,crushingstrengthalongthegrain,tensilstrengthalongthegrain)ofp.koraiensisplantationswereremarkable,otherstrengthandallstrengthofthepruningforestwerenotremarkable.inordertoincreasethemechanicalpropertiesofwood,growth-promotingandthengetthebetterbuildinglumberandgluedlaminationboard,mixedstand,andwithdensityof1.5m×1.5mand1.5m×2.0m,properlythinningandpruningcouldbeselected.inordertomanufacturefurnitureandbending-wood,densityof2.0m×2.0mcouldbeselected.

【目的】對(duì)人工林紅松木材碳素儲(chǔ)存量與物理特征的徑向變異進(jìn)行研究,以彌補(bǔ)我國(guó)木材碳素儲(chǔ)存研究的不足,為提高木材碳素儲(chǔ)存量、高效合理地定向培育人工林紅松提供理論基礎(chǔ)。【方法】首先測(cè)定和計(jì)算紅松木材的各項(xiàng)物理特征及其碳素儲(chǔ)存量,再采用回歸分析和相關(guān)分析方法對(duì)木材碳素儲(chǔ)存量分別與生長(zhǎng)輪密度、生長(zhǎng)輪寬度、晚材率和生長(zhǎng)速率的徑向變異規(guī)律進(jìn)行分析,最后得到它們之間的徑向變異規(guī)律圖、擬合圖以及回歸方程等?！窘Y(jié)果】木材碳素儲(chǔ)存量在徑向變異上先略微減小,接著隨樹木的不斷生長(zhǎng)呈增大趨勢(shì),而在樹木成熟后又逐漸減小至平穩(wěn)狀態(tài),且波動(dòng)較大,并與各項(xiàng)物理特征的徑向變異趨勢(shì)在第18年左右有一個(gè)峰值。木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)輪密度的徑向變異趨勢(shì)相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.757,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)輪寬度在前期的徑向變化相似,而中期和后期的徑向變異不一致,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.301,相關(guān)性較弱;木材碳素儲(chǔ)存量與晚材率在中期和后期的徑向變化相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.656,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)速率在前期和中期的徑向變異趨勢(shì)都不同,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.268,相關(guān)性不顯著。【結(jié)論】人工林紅松木材的碳素儲(chǔ)存量與各項(xiàng)物理特征指標(biāo)之間均有一定的相關(guān)關(guān)系,而氣候因子、生長(zhǎng)環(huán)境、遺傳因素等是不可忽略的影響因素,有待進(jìn)一步研究?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)林木的合理經(jīng)營(yíng)和發(fā)展,增強(qiáng)人工林的碳素儲(chǔ)存功能,直接抑制co2向大氣中排放,從而改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室效應(yīng)。

對(duì)間伐與未間伐人工林紅松(pinuskoraisensis)木材材質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定、統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明:間伐對(duì)木材材質(zhì)有很大的影響,間伐林的管胞長(zhǎng)度、管胞直徑、纖絲角、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)輪寬度、順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度、抗劈力和沖擊韌性大于未間伐林;間伐林木材晚材率、生長(zhǎng)輪密度、壁厚、壁腔比、抗彎強(qiáng)度和局部抗壓強(qiáng)度小于未間伐林。其中管胞直徑、生長(zhǎng)輪寬度、壁厚、壁腔比、抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度、橫紋局部抗壓強(qiáng)度的差異達(dá)到顯著水平,表明間伐能顯著地提高木材力學(xué)性能。采用綜合坐標(biāo)法,對(duì)間伐與未間伐人工林紅松木材材質(zhì)進(jìn)行評(píng)定,其材質(zhì)的綜合性能和紙漿材性能未間伐林好于間伐林,建筑材性能間伐林好于未間伐林

采用傅立葉變換紅外光譜(ftir)法對(duì)楠屬(楨楠、閩楠)和潤(rùn)楠屬(潤(rùn)楠、宜昌潤(rùn)楠)4種木材進(jìn)行紅外光譜分析。結(jié)果表明:區(qū)別楠屬與潤(rùn)楠屬的光譜主要在1730~1740cm-1、1640~1650cm-1區(qū)域;閩楠特征峰在1235cm-1附近,楨楠的特征峰在1261cm-1和1232cm-1附近;潤(rùn)楠的特征峰在1460cm-1附近;宜昌潤(rùn)楠特征峰在1688cm-1和1650cm-1附近。能夠利用傅立葉自去卷積圖譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法鑒別4種木材。此技術(shù)有望成為木材司法鑒定體系中的有效方法之一。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握溴化鉀壓片法制備固體樣品的方法； 2、學(xué)習(xí)并掌握美國(guó)尼高立ir-6700型紅外光譜儀的使用方法； 3、初步學(xué)會(huì)對(duì)紅外吸收光譜圖的解析。 二、實(shí)驗(yàn)原理 紅外光是一種波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光區(qū)和微波區(qū)之間的電磁波譜。波長(zhǎng)在0.75～1000μm。通常又把這個(gè)波段分成三 個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)：波長(zhǎng)在0.75～2.5μm（波數(shù)在13300～4000cm-1），又稱泛頻區(qū)；中紅外區(qū)：波長(zhǎng)在2.5～50 μm（波數(shù)在4000～200cm-1），又稱振動(dòng)區(qū)；遠(yuǎn)紅外區(qū)：波長(zhǎng)在50～1000μm（波數(shù)在200～10cm-1），又稱轉(zhuǎn) 動(dòng)區(qū)。其中中紅外區(qū)是研究、應(yīng)用最多的區(qū)域。 紅外區(qū)的光譜除用波長(zhǎng)λ表征外，更常用波數(shù)σ表征。波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)，表示單位厘米波長(zhǎng)內(nèi)所含波的數(shù)目。 其關(guān)系式為： 三、儀器和試劑 1、儀器：美國(guó)尼高立ir-6700 2、試劑：溴化鉀，聚乙烯，

對(duì)一種塑料軟管,采用溶劑萃取方法進(jìn)行組分分離,然后通過(guò)紅外光譜對(duì)分離后的組分進(jìn)行分析鑒定,從而確定塑料軟管的組成配方,獲得了較為滿意的結(jié)果。

紫花苜蓿幼苗耐鹽性快速鑒定對(duì)于耐鹽種質(zhì)資源篩選和耐鹽新品種選育具有重要意義。脯氨酸和丙二醛是表征植物耐鹽性的兩種重要生化指標(biāo)。研究應(yīng)用便攜式近紅外儀和近紅外光譜分析技術(shù),結(jié)合偏最小二乘回歸法,研究了40個(gè)不同紫花苜蓿品種幼苗耐鹽性的脯氨酸和丙二醛含量,建立了新鮮樣品和干燥樣品的近紅外漫反射光譜定量分析模型。研究結(jié)果表明:脯氨酸、丙二醛的近紅外漫反射光譜分析效果均較好,校正模型決定系數(shù)r2和驗(yàn)證集樣品預(yù)測(cè)值與常規(guī)分析測(cè)定值的驗(yàn)證決定系數(shù)r2都大于0.85,兩種樣品脯氨酸的相對(duì)分析誤差rpd值分別為1.72%和2.04%,丙二醛的相對(duì)分析誤差rpd值分別為2.38%和3.97%。方差結(jié)果表明,兩種狀態(tài)樣品的測(cè)定結(jié)果之間無(wú)顯著性差異(p>0.05)。對(duì)12個(gè)紫花苜蓿品種苗期耐鹽性的鑒定驗(yàn)證結(jié)果表明,脯氨酸和丙二醛的近紅外光譜模型能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行紫花苜蓿幼苗耐鹽性鑒定。

目的采用近紅外光譜法對(duì)浙麥冬中麥冬總皂苷含量進(jìn)行快速測(cè)定。方法利用紫外分光光度法測(cè)定樣品中麥冬總皂苷的含量,運(yùn)用偏最小二乘(pls)法建立其含量與近紅外光譜(nir)之間的多元校正模型,對(duì)未知樣品進(jìn)行含量預(yù)測(cè)。結(jié)果建立的麥冬總皂苷校正模型相關(guān)系數(shù)(r)、校正均方差(rmsec)分別為0.99031,0.0235。經(jīng)外部驗(yàn)證,校正模型的預(yù)測(cè)均方差(rmsep)為0.0361,預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9957。結(jié)論此方法具有快速簡(jiǎn)便,準(zhǔn)確無(wú)損的特點(diǎn),可以應(yīng)用于浙麥冬中麥冬總皂苷含量的快速檢測(cè)。