近紅外光譜不同波段的紅松木材含水率預(yù)測分析

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程中化學(xué)成分的變化。測量了木質(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)方法測定了未褐腐和不同褐腐時間木材的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度逐漸減弱,1510和1225cm-1處歸屬于木質(zhì)素的吸收峰強度逐漸增強;但褐腐15周后,1736和1372cm-1處的吸收強度卻開始略微增強,1510和1225cm-1處吸收強度略微下降。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)果說明用紅外光譜技術(shù)可以對木材褐腐過程中的綜纖維素含量和klason木質(zhì)素含量進行準確分析。

利用近紅外光譜技術(shù)對木材強度分等進行了研究。選擇1000~1400nm波段,結(jié)合偏最小二乘法,在木材強度和近紅外光譜數(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,校正標準誤差(sec)為6.30mpa。利用校正模型對35個未知樣品的強度進行預(yù)測,根據(jù)近紅外預(yù)測值和實測值分別對木材樣品進行分等,a級預(yù)測的準確率為75.0%,b級準確率為91.3%,c級準確率為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)用在無疵小試樣的木材快速分等中。

因具有快速、無損、樣品易于準備、適合于實際生產(chǎn)的在線檢測等優(yōu)點，近紅外光譜技術(shù)在木材研究領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。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、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)測與分類研究具有重要的實際意義。

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,在實驗室內(nèi),采用arbotom應(yīng)力波測試儀測試60個紅松無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。在含水率32%(纖維飽和點附近)以下,傳播速度隨含水率增加下降幅度較大,反之則較小;當含水率低于50%時,傳播速度隨溫度升高呈線性下降趨勢;當含水率高于50%時,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輪密度變異特點，采用時間序列分析法，建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型，對木材生長輪度進行近期預(yù)測，預(yù)測結(jié)果良好，此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測，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輪密度變異特點,采用時間序列分析法,建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型,對木材生長輪密度進行近期預(yù)測,預(yù)測結(jié)果良好。此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測,為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)

采用監(jiān)測表面顏色和光澤度變化的方法，對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模式識別法來檢測馬尾松木材單板節(jié)子。結(jié)果表明,通過培訓(xùn)集樣本建立的基于主成分分析的simca判別模型對有無節(jié)子兩種類型樣本進行回判和對未知節(jié)子類型的樣本(包括無節(jié)子和有節(jié)子樣本)的判別正確率均達到90%～100%,說明應(yīng)用近紅外光譜結(jié)合simca模式識別法可以快速有效地檢測木材表面的節(jié)子缺陷。

采用監(jiān)測表面顏色和光澤壓變化的方法，對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．建議在使用時添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。

運用協(xié)整分析對我國東北地區(qū)人工林紅松木材密度與氣候變化的關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明,紅松木材密度與氣候因素之間存在長期均衡的協(xié)整關(guān)系和顯著的短期動態(tài)調(diào)整機制。在1973～1997年,2、3月平均日照時間的延長有利于提高早材密度,而7月份的日照時間延長卻不利于提高早材密度;2月氣溫升高,不利于提高整個生長輪密度平均值;誤差修正模型和格蘭杰檢驗證實,2月氣溫短期內(nèi)對生長輪密度的影響存在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存的研究

通過應(yīng)力波測試儀對紅松木材試件進行的檢測試驗,研究了木材軸向孔洞的分布、數(shù)量和端部孔洞的分布對應(yīng)力波傳播時間、傳播速度的影響,并對孔徑大小與應(yīng)力波傳播參數(shù)之間關(guān)系進行回歸分析。試驗結(jié)果表明,應(yīng)力波傳播時間與孔徑大小、數(shù)量呈正相關(guān),而應(yīng)力波傳播速度與孔徑大小、數(shù)量呈負相關(guān)。端部孔洞對應(yīng)力波傳播參數(shù)沒有顯著影響。

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度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度和沖擊韌性4項指標,天然林紅松與人工林紅松的差異達0.01水平顯著,其次弦切面硬度和弦向橫紋抗壓強度差異達0.05水平顯著。紅松成熟材的絕大多數(shù)力學(xué)性能指標天然林紅松與人工林紅松的差異也達到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在紅松成熟材中表現(xiàn)得更為明顯。

對不同林分結(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)進行測試和分析．結(jié)果表明：紅松木材生長速率、生長輪寬度、晚材率差異不顯著．紅松木材的管胞長度、纖絲角、生長輪密度、干縮率和差異干縮、絕大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)指標差異顯著。采用綜合坐標法。對不同林分結(jié)構(gòu)的林分木材材質(zhì)進行品質(zhì)評定，綜合性能和建筑材評定的優(yōu)劣順序為混交林、純林、三株一叢的林分；紙漿材的優(yōu)劣順序為混交林、三株一叢、純林的林分。

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】對人工林紅松木材碳素儲存量與物理特征的徑向變異進行研究,以彌補我國木材碳素儲存研究的不足,為提高木材碳素儲存量、高效合理地定向培育人工林紅松提供理論基礎(chǔ)?！痉椒ā渴紫葴y定和計算紅松木材的各項物理特征及其碳素儲存量,再采用回歸分析和相關(guān)分析方法對木材碳素儲存量分別與生長輪密度、生長輪寬度、晚材率和生長速率的徑向變異規(guī)律進行分析,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】木材碳素儲存量在徑向變異上先略微減小,接著隨樹木的不斷生長呈增大趨勢,而在樹木成熟后又逐漸減小至平穩(wěn)狀態(tài),且波動較大,并與各項物理特征的徑向變異趨勢在第18年左右有一個峰值。木材碳素儲存量與生長輪密度的徑向變異趨勢相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.757,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲存量與生長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;木材碳素儲存量與生長速率在前期和中期的徑向變異趨勢都不同,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.268,相關(guān)性不顯著?！窘Y(jié)論】人工林紅松木材的碳素儲存量與各項物理特征指標之間均有一定的相關(guān)關(guān)系,而氣候因子、生長環(huán)境、遺傳因素等是不可忽略的影響因素,有待進一步研究。可以通過對林木的合理經(jīng)營和發(fā)展,增強人工林的碳素儲存功能,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)。

對間伐與未間伐人工林紅松(pinuskoraisensis)木材材質(zhì)進行系統(tǒng)測定、統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:間伐對木材材質(zhì)有很大的影響,間伐林的管胞長度、管胞直徑、纖絲角、生長速率、生長輪寬度、順紋抗壓和抗拉強度、抗劈力和沖擊韌性大于未間伐林;間伐林木材晚材率、生長輪密度、壁厚、壁腔比、抗彎強度和局部抗壓強度小于未間伐林。其中管胞直徑、生長輪寬度、壁厚、壁腔比、抗彎強度、順紋抗壓和抗拉強度、橫紋局部抗壓強度的差異達到顯著水平,表明間伐能顯著地提高木材力學(xué)性能。采用綜合坐標法,對間伐與未間伐人工林紅松木材材質(zhì)進行評定,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)法對楠屬(楨楠、閩楠)和潤楠屬(潤楠、宜昌潤楠)4種木材進行紅外光譜分析。結(jié)果表明:區(qū)別楠屬與潤楠屬的光譜主要在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;潤楠的特征峰在1460cm-1附近;宜昌潤楠特征峰在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。

紫花苜蓿幼苗耐鹽性快速鑒定對于耐鹽種質(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。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和驗證集樣品預(yù)測值與常規(guī)分析測定值的驗證決定系數(shù)r2都大于0.85,兩種樣品脯氨酸的相對分析誤差rpd值分別為1.72%和2.04%,丙二醛的相對分析誤差rpd值分別為2.38%和3.97%。方差結(jié)果表明,兩種狀態(tài)樣品的測定結(jié)果之間無顯著性差異(p>0.05)。對12個紫花苜蓿品種苗期耐鹽性的鑒定驗證結(jié)果表明,脯氨酸和丙二醛的近紅外光譜模型能快速、準確地進行紫花苜蓿幼苗耐鹽性鑒定。

目的采用近紅外光譜法對浙麥冬中麥冬總皂苷含量進行快速測定。方法利用紫外分光光度法測定樣品中麥冬總皂苷的含量,運用偏最小二乘(pls)法建立其含量與近紅外光譜(nir)之間的多元校正模型,對未知樣品進行含量預(yù)測。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)外部驗證,校正模型的預(yù)測均方差(rmsep)為0.0361,預(yù)測值與真實值的相關(guān)系數(shù)達0.9957。結(jié)論此方法具有快速簡便,準確無損的特點,可以應(yīng)用于浙麥冬中麥冬總皂苷含量的快速檢測。

以相思樹的α-纖維素含量為研究對象,用一種多模型方法建立了相思樹α-纖維素含量的近紅外光譜分析模型。模型預(yù)測值的平均相對誤差為0.97%,實驗值與預(yù)測值之間的相關(guān)系數(shù)為0.9631,模型的擬合優(yōu)度為0.9245。研究結(jié)果表明,使用的光譜數(shù)據(jù)量越大,模型的預(yù)測效果一般會越好。此外還發(fā)現(xiàn)了子模型中待定常數(shù)的個數(shù)與所使用光譜數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系:建模時使用的光譜數(shù)據(jù)量越大,每個子模型中待定常數(shù)的個數(shù)一般應(yīng)該越小。該結(jié)果有助于今后使用該方法建立其它近紅外光譜分析模型。所建模型可用于快速測定相思樹的α-纖維素含量,并有望用于其它樹種某些化學(xué)成分含量的預(yù)測。

橡膠瀝青的老化過程比較復(fù)雜,采用薄膜烘箱老化和壓力罐老化室內(nèi)試驗?zāi)M橡膠瀝青在生產(chǎn)、施工以及使用期間發(fā)生的短期老化和長期老化過程,并采用在結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用最為廣泛的紅外光譜法分析橡膠瀝青老化后的微觀結(jié)構(gòu)變化,從而進一步解釋橡膠瀝青的老化機理。