實驗目的

分子量是表征高聚物最基本的參數之一。高聚物的許多性質例如沖擊強度、模量、拉伸強度、耐熱性等都與高聚物的分子量及其分布有關。對位芳香族聚酰胺是一類重要的高性能高分子材料，因其突出的力學性能而被廣泛應用。由于對位芳香族聚酰胺的溶解性能差，只溶于濃硫酸等少數質子酸溶劑，因此給直接測定其分子量帶來一定的難度，聚合物稀溶液的粘度主要反映了液體分子之間因流動或相對運動所產生的內摩擦阻力。內摩擦阻力與聚合物的結構、溶劑的性質、溶液的濃度及溫度和壓力等因素有關，它的數值越大，表明溶液的粘度越大。實驗證明，對于給定聚合物，在給定的溶劑和溫度下，分子量的數值僅由試樣的粘度所決定。所以我們可以通過對樹脂的粘度進行定量檢測，從而得出樹脂的大致的分子量。利用美國BRIMROSE 公司的Luminar 5030 近紅外光譜儀對聚酰胺類樹脂的粘度進行建模檢測實驗，以考察儀器對聚酰胺類樹脂粘度檢測的可行性及準確性。

實驗部分

儀器：實驗儀器為美國BRIMROSE 公司生產的Luminar 5030 便攜式AOTF 近紅外光譜儀。主要部件包括：光學部分、控制部分、電源適配器、筆記本電腦，動態測樣系統。實驗所用的參數設置為：波長范圍：1100nm～2300nm；波長增量：2.0nm；掃描次數：300；掃描模式：Ratio模式。

儀器所用檢測器為InGaAs，Snap!光譜采集處理軟件，The Unscrambler定量分析軟件。

樣品準備：本次實驗樣品全部由XXX科技股份有限公司提供，聚酰胺類樹脂樣品呈淡黃色面包屑狀，共31個。以下為所有樣品實驗數據，隨機選出S03、S06、S24、S26、S30五個樣品做為驗證集，其他樣品建立數學模型，模型建好后，進行預測驗證，將預測值與化驗值對照來評價模型的預測能力。

實驗方法：
儀器使用BRIMROSE公司專用的SNAP!掃描軟件進行光譜采集。為獲得良好的光譜數據，應在穩定嚴格的實驗條件下進行光譜掃描，本實驗中掃描模式設為“Ratio mode”，因為這種方式可以有效地扣除背景變化帶來的影響。在掃描光譜時，我們采用了動態測樣系統，分析樣品量較少的樣品，能充分代表整個樣品的性質。
由于樣品的數量太少，數據含量的跨度較大，為了增加樣品的變異性，實驗中每個樣品采集三次光譜。

實驗結果

光譜處理：

為獲得良好的光譜數據，我們要對所得到的光譜進行處理，轉化為吸收光譜，圖中的樣品光譜排列比較緊密，光譜與光譜之間的相似性較強，采集到的光譜中信息含量豐富。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?樣品的原始吸收光譜圖

在建立模型前，首先需對掃描到的原始吸收光譜進行光譜預處理，以消除噪音和基線的影響。
我們采用的預處理方法為一階微分9 點平滑（savitzky-golay法）。一階微分處理可以很好的消除樣品的光譜基線偏移和漂移。如下圖所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一階微分光譜圖

實驗中所得到的光譜，經過一階微分平滑處理，再轉化為uns 格式，然后將數據導入The Unscrambler 定量分析軟件，利用聚酰胺類樹脂的粘度數據與光譜數據一一對應，創建校正模型。

建立模型：
將建模樣品的光譜數據與相應的性質數據關聯，采用偏最小二乘法（PLS1），交叉－驗證法（cross-validation），用The Unscrambler 定量分析軟件建立模型。光譜和化學值異常值（outlier）分別采用光譜影響值Leverage和化學值誤差Residual這兩個統計量來檢驗剔除。經過進行逐步優化，最后得到較為理想的校正模型。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?聚酯多元醇的預聚體中NCO的PLS1回歸模型圖

由上圖可以發現，聚酰胺類樹脂樣品的近紅外光譜與其粘度大小呈現出明顯的線性關系。樣品的粘度模型相關性性為0.9572。這說明采集到的近紅外光譜數據中含有大量與聚酰胺樹脂的粘度相關的有效信息，采用AOTF技術建模進行聚酰胺類樹脂粘度分析是完全可行的。

模型驗證-內部驗證和外部驗證：

實驗結論：
通過對以上實驗過程及結果的分析，我們得出結論：Luminar 5030 便攜式AOTF 近紅外光譜儀利用光譜數據和校正模型完全能夠有效預測聚酰胺類樹脂的粘度。

Luminar 5030 AOTF-近紅外微型手持分析儀

Brimrose開發了一種便攜式平臺，用于進行非破壞性和接觸/非接觸式分析測試和檢測，擁有從實驗室到生產車間和現場的多功能性。

Brimrose固態Luminar 5030 “手持式”微型AOTF-NIR（聲光可調諧濾波器-近紅外）分析儀是一款堅固耐用的手持式分析儀器，采用Brimrose的高性能AOTF-NIR技術。

通過為包括粉末，顆粒，液體，網狀和固體產品的漫反射測量在內的各種應用提供快速，多組分分析，Luminar 5030的使用為質量控制和過程故障排除提供了一種新的強大工具。

額外的探頭附件允許使用相同的分析儀進行液體傳輸測量。

• 無損分析測試和檢驗
• Brimrose 分析軟件 – Snap32!
• 多點，多組件功能
• 堅固耐用的手持式分析儀器，用于過程質量控制

測量

• 水分
• 脂肪/糖/蛋白質
• 有效成分
• 涂層重量
• 混合分析
• 再生塑料ID

主要特征

• 雙光束，預對準燈組件，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
• 6毫米直徑采樣區域，40毫米采樣距離

實時應用

• 在線混合均勻性
• FBD在微膠囊化和干燥過程中的應用
• 進貨原料檢驗
• 農業/食品：脂肪，蛋白質，水分，淀粉等的在線食品分析
• 聚合物：顆粒和樹脂的測量
• 紙和紡織品：在線厚度測量
• 煙草和煙草葉片的測量
• 葡萄酒和葡萄應用：白利糖度，pH值，TA等的測量