目的
這項研究的目的是測試AOTF-NIR光譜法作為測量聚乙烯密度和熔體指數(shù)的方法的可行性，計算兩種組分的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)誤差（SEP），并評估這是否是一種 在線分析聚烯烴化學(xué)和物理性質(zhì)的可行方法。

介紹
聲光可調(diào)濾波器（AOTF）的原理是基于各向異性介質(zhì)中光的聲衍射。 該設(shè)備包括一個與雙折射晶體結(jié)合的壓電換能器。 當(dāng)換能器被施加的RF信號激勵時，晶體中會產(chǎn)生聲波。 傳播的聲波產(chǎn)生折射率的周期性調(diào)制。 這提供了一個移動相位光柵，該光柵在適當(dāng)條件下將使入射光束的一部分衍射。 對于固定的聲頻，光學(xué)頻率的窄帶滿足相位匹配條件并被累積衍射。 隨著RF頻率的改變，光帶通的中心也相應(yīng)地改變，從而保持了相位匹配條件。

光譜的近紅外區(qū)域從800nm擴展到2500nm。在該區(qū)域中最突出的吸收帶是由于泛音和中紅外區(qū)域中活躍的基本振動的組合所致。能量躍遷在基態(tài)與第二或第三激發(fā)振動態(tài)之間。因為較高的能量躍遷相繼發(fā)生的可能性較小，所以每個泛音的強度都相繼較弱。由于達到第二或第三激發(fā)態(tài)所需的能量大約是一階躍遷所需能量的兩倍或三倍，并且吸收的波長與能量成反比，因此吸收帶出現(xiàn)在大約一半和三分之一處基波的波長。除了簡單的泛音外，還會出現(xiàn)組合音帶。這些通常涉及拉伸以及搖擺模式的一個或多個彎曲。可能有許多不同的組合，因此NIR區(qū)域很復(fù)雜，許多頻帶分配尚未解決。
近紅外光譜法目前被用作定量工具，其依靠化學(xué)計量學(xué)來開發(fā)將成分的參考分析與近紅外光譜的參考分析聯(lián)系起來的校準(zhǔn)方法。 NIR數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理包括多元線性回歸（MLR），主成分分析（PCA），主成分回歸（PCR），偏最小二乘（PLS）和判別分析。 所有這些算法都可以單獨使用或組合使用，以產(chǎn)生目標(biāo)成分的定量預(yù)測和定性描述的最終目標(biāo)。

方法
本研究使用121份具有已知熔體指數(shù)和密度值的低密度聚乙烯樣品。 使用具有旋轉(zhuǎn)杯附件的Brimrose Free Space光譜儀收集光譜。 旋轉(zhuǎn)樣品以平均出樣品中的各種影響，例如均勻性和粒度差異。 在1100nm和2300nm之間以2nm的分辨率收集光譜。 每個樣品收集100次掃描，并將這些掃描平均為一個光譜。 每次讀數(shù)的數(shù)據(jù)采集時間約為3秒。 光譜以吸收模式收集，然后處理為一階導(dǎo)數(shù)。 然后將一階導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入化學(xué)計量軟件包中。對該數(shù)據(jù)進行Unscrambler和PLS 1分析。

結(jié)果

1，光譜

一些聚乙烯樣品的吸收光譜

一些聚乙烯樣品的一階導(dǎo)數(shù)光譜

2，回歸和建模

聚乙烯樣品密度的PLS 1回歸模型

聚乙烯樣品中密度的PLS 1回歸圖顯示了測量值和預(yù)測值之間的極好的相關(guān)性。 此圖中的兩個不同數(shù)據(jù)集是由于兩種不同等級的材料引起的。 樣本048和060是兩個過渡樣本。 數(shù)據(jù)點創(chuàng)建了一條最佳擬合線，相關(guān)系數(shù)值0.985非常高。 SEP等于0.54，這證明該回歸模型將能夠根據(jù)光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測聚乙烯的密度。 SEP完全在6％的標(biāo)準(zhǔn)偏差目標(biāo)值之內(nèi)。

用于聚乙烯樣品中密度的PLS 1分析的回歸系數(shù)

用于密度的PLS 1回歸的回歸系數(shù)圖顯示，大多數(shù)回歸信息來自1680nm至1740nm的波長區(qū)域。 該區(qū)域?qū)?yīng)于C-H拉伸的第一個泛音，是人們期望看到與密度變化相對應(yīng)的光譜變化的區(qū)域。 聚合物中的密度對應(yīng)于結(jié)晶的變化，這就是引起光譜數(shù)據(jù)變化的原因。 一階導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)顯示從1680nm到1740nm的波長范圍內(nèi)最大的變化量這一事實證實，可以使用來自這些波長范圍的光譜數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)模型來量化密度的變化。

由于熔體指數(shù)的值范圍很廣，因此決定將熔體指數(shù)的校準(zhǔn)分為低熔體指數(shù)校準(zhǔn)和高熔體指數(shù)校準(zhǔn)。

低熔體指數(shù)的值范圍是0.7到2.0，低熔體指數(shù)的范圍是2.0到95。

聚乙烯樣品中低熔體指數(shù)的PLS 1回歸模型。 SEP等于0.16，相關(guān)系數(shù)等于0.957。

、聚乙烯樣品中高熔體指數(shù)的PLS 1回歸模型。 SEP等于3.14，相關(guān)系數(shù)等于0.978。

用于聚乙烯樣品中高熔體流動指數(shù)的PLS 1分析的回歸系數(shù)

與密度一樣，回歸系數(shù)表明，高熔體流動指數(shù)回歸的大部分信息都來自1680nm至1740nm波長范圍，這是C-H拉伸的第一個泛音。 回歸系數(shù)中的少量噪聲表明沒有數(shù)據(jù)的過擬合。

聚乙烯樣品中密度，低熔體指數(shù)和高熔體指數(shù)的PLS 1回歸的SEP和相關(guān)系數(shù)的摘要。

結(jié)論與建議

這項可行性研究表明，Brimrose Free Space光譜儀可用于測量低密度聚乙烯中的密度和熔體指數(shù)。 SEP的低值和相關(guān)系數(shù)的高值都在6％的標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)。以前的經(jīng)驗表明，在熔融指數(shù)的情況下使用局部模型會進一步降低SEP。這些樣品在實驗室中使用旋轉(zhuǎn)杯組件進行了測量，在線測量應(yīng)顯示出更好的結(jié)果。 Brimrose開發(fā)的光譜抑制軟件在該應(yīng)用中將具有無可估量的價值。該軟件僅在窗前有足夠的材料時對光譜進行平均，而在材料量不足時將拒絕光譜。自清潔窗口將確保可以拍攝到足夠好的光譜。建議Brimrose安裝一臺光譜儀進行低密度聚乙烯的在線測試，該測試儀可用于創(chuàng)建一個模型，以便對聚乙烯的密度和熔體流動指數(shù)進行連續(xù)在線測試。

Luminar 4030 AOTF-近紅外微型自由空間過程分析儀

◎基于漫反射光學(xué)模式的非接觸式無損測量

◎Brimrose 分析軟件 – Snap32!

◎為實時過程應(yīng)用提供更便攜，更具成本效益的解決方案

◎用于在線過程應(yīng)用的微型自由空間近紅外過程分析儀

Brimrose的固態(tài)Luminar 4030 AOTF/NIR微型自由空間過程分析儀可直接安裝在生產(chǎn)線上。

其堅固的設(shè)計和固態(tài)技術(shù)允許安裝到生產(chǎn)環(huán)境中，其微型尺寸允許在空間緊張的情況下實施，例如小型真空干燥器，管道，流化床等。這種高速近紅外分析儀基于漫反射光學(xué)系統(tǒng)，可集成在各種外殼中，以滿足您的工藝區(qū)域需求。但實驗室使用也受歡迎。

Brimrose提供這種堅固耐用的固態(tài)分析儀，具有多種不同的配置，可滿足不同行業(yè)和應(yīng)用的高需求。

自由空間分析儀符合制藥行業(yè)在線應(yīng)用的所有要求和標(biāo)準(zhǔn)，即使在最惡劣的環(huán)境條件下也能可靠地工作。 集成的AOTFNIR技術(shù)提供出色的信噪比和超高速掃描速率，可以實時，在線和實驗室精度進行分析。

主要特征

◎雙光束，預(yù)對準(zhǔn)燈組件，InGaAs探測器

◎快速掃描速度 – 16,000波長/秒

◎SNAP32! Brimrose 分析軟件，使用Brimrose宏語言

◎6mm或10mm直徑樣品區(qū)域，45mm或55mm采樣距離

◎同一不銹鋼外殼中的微型集成電子和光學(xué)模塊

實時應(yīng)用

◎混合控制：實時均勻性監(jiān)控和混合控制過程

◎制藥：100％檢查固體，凝膠，液體和粉末

◎農(nóng)業(yè)/食品：脂肪，蛋白質(zhì)，水分，淀粉等的在線食品分析

◎聚合物：顆粒，薄膜和涂層的現(xiàn)場測量

◎紡織品：在線測量棉/滌綸比例

◎干燥過程：直接放置在噴霧或流化床干燥器上

◎紙漿和紙張：在線厚度和涂層分析

◎煙草：尼古丁，糖，鉀等的測量

美國BRIMROSE AOTF 近紅外光譜分析技術(shù)特點
美國Brimrose 的AOTF 近紅外光譜分析技術(shù)的獨特之處在于非常適合在線質(zhì)量控制和現(xiàn)場品質(zhì)檢測。AOTF 近紅外光譜分析技術(shù)具有掃描速度快而且不受外界環(huán)境如溫度、濕度、灰塵等影響的獨特優(yōu)勢。這是其他任何分光系統(tǒng)不可比擬的。

基于AOTF 近紅外技術(shù)的光譜儀與傳統(tǒng)機械調(diào)諧分光元件的光譜儀相比，無論是在定性、定量，還是對生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制顯示了其明顯的優(yōu)勢。