Determination of cotton linter to wood ratio in cellulose

Význam tématu

Vis-NIR spektroskopie nabízí rychlou a nedestruktivní možnost stanovení poměru bavlněného linteru k dřevní hmotě v celulózových vzorcích, což je klíčový parametr ovlivňující viskozitu karboxymethylcelulózy (CMC) používané ve farmaceutickém, potravinářském a chemickém průmyslu.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout kvantitativní metodu založenou na VIS-NIR spektroskopii pro rychlé určení podílu bavlněného linteru vůči dřevní hmotě bez nutnosti časově náročných laboratorních postupů.

Použitá instrumentace

• NIRS DS2500 Analyzer (Metrohm code 2.922.0010) pro reflexní měření.
• NIRS DS2500 Iris (Metrohm code 6.7425.100) pro centrování vzorků.
• Vision 4.03 Software (Metrohm code 6.6069.102) pro chemometrické zpracování dat.

Použitá metodika

• Měření spekter v rozsahu 400–2500 nm (vis + NIR) na celulózových vzorcích s poměrem bavlněný linter:dřevo 0–100 %.
• Předzpracování dat: baseline correction při 850 nm.
• Kvantitativní modelování pomocí Partial Least Squares (PLS) se třemi faktory.
• Ověření modelu pomocí křížové validace.

Hlavní výsledky a diskuse

Spektra v oblasti viditelného světla (400–550 nm) prokázala silnou korelaci mezi absorpcí a obsahem linteru. Kombinace viditelného a NIR rozsahu vedla k robustnímu modelu s těmito metrikami:

• Koeficient determinace R²: 0,9982
• Standardní chyba kalibrace (SEC): 1,6934
• Standardní chyba validace (SEV): 2,3001
• Standardní chyba predikce (SEP): 1,5452
• F-hodnota: 1276,35
• PRESS: 58,19

Model umožňuje přesné predikce poměru linteru k dřevu a tím i nepřímé stanovení viskozity výsledné CMC.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby analýzy oproti konvenčním laboratorním metodám.
• Nedestruktivní měření bez přípravy vzorku.
• Možnost rychlého stanovení viskozity CMC produktu.
• Potenciál nasazení přímo v provozu pro on-line monitoring.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace miniaturizovaných NIR senzorů pro kontinuální kontrolu výroby.
• Využití pokročilých chemometrických metod a strojového učení pro zvýšení robustnosti modelu.
• Rozšíření metodiky na další typy celulózových a přírodních vláken.

Závěr

VIS-NIR spektroskopie se ukázala jako vysoce efektivní nástroj pro rychlé a přesné stanovení poměru bavlněný linter:dřevo v celulózových vzorcích. Navržený PLS model dosahuje vynikajících statistických parametrů a nabízí reálné přínosy pro průmyslovou analýzu a kontrolu kvality.