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的方法的可行性，計算兩種組分的預測標準誤差（SEP），并評估這是否是一種 在線分析聚烯烴化學和物理性質的可行方法。

介紹
聲光可調濾波器（AOTF）的原理是基于各向異性介質中光的聲衍射。 該設備包括一個與雙折射晶體結合的壓電換能器。 當換能器被施加的RF信號激勵時，晶體中會產生聲波。 傳播的聲波產生折射率的周期性調制。 這提供了一個移動相位光柵，該光柵在適當條件下將使入射光束的一部分衍射。 對于固定的聲頻，光學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地改變，從而保持了相位匹配條件。

光譜的近紅外區域從800nm擴展到2500nm。在該區域中最突出的吸收帶是由于泛音和中紅外區域中活躍的基本振動的組合所致。能量躍遷在基態與第二或第三激發振動態之間。因為較高的能量躍遷相繼發生的可能性較小，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態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區域很復雜，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，其依靠化學計量學來開發將成分的參考分析與近紅外光譜的參考分析聯系起來的校準方法。 NIR數據的數學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，以產生目標成分的定量預測和定性描述的最終目標。

方法
本研究使用121份具有已知熔體指數和密度值的低密度聚乙烯樣品。 使用具有旋轉杯附件的Brimrose Free Space光譜儀收集光譜。 旋轉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。 每次讀數的數據采集時間約為3秒。 光譜以吸收模式收集，然后處理為一階導數。 然后將一階導數數據導入化學計量軟件包中。對該數據進行Unscrambler和PLS 1分析。

結果

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數光譜

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測值之間的極好的相關性。 此圖中的兩個不同數據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。 數據點創建了一條最佳擬合線，相關系數值0.985非常高。 SEP等于0.54，這證明該回歸模型將能夠根據光譜數據準確預測聚乙烯的密度。 SEP完全在6％的標準偏差目標值之內。

用于聚乙烯樣品中密度的PLS 1分析的回歸系數

用于密度的PLS 1回歸的回歸系數圖顯示，大多數回歸信息來自1680nm至1740nm的波長區域。 該區域對應于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的光譜變化的區域。 聚合物中的密度對應于結晶的變化，這就是引起光譜數據變化的原因。 一階導數數據顯示從1680nm到1740nm的波長范圍內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據和校準模型來量化密度的變化。

由于熔體指數的值范圍很廣，因此決定將熔體指數的校準分為低熔體指數校準和高熔體指數校準。

低熔體指數的值范圍是0.7到2.0，低熔體指數的范圍是2.0到95。

聚乙烯樣品中低熔體指數的PLS 1回歸模型。 SEP等于0.16，相關系數等于0.957。

、聚乙烯樣品中高熔體指數的PLS 1回歸模型。 SEP等于3.14，相關系數等于0.978。

用于聚乙烯樣品中高熔體流動指數的PLS 1分析的回歸系數

與密度一樣，回歸系數表明，高熔體流動指數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。 回歸系數中的少量噪聲表明沒有數據的過擬合。

聚乙烯樣品中密度，低熔體指數和高熔體指數的PLS 1回歸的SEP和相關系數的摘要。

結論與建議

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。 SEP的低值和相關系數的高值都在6％的標準偏差之內。以前的經驗表明，在熔融指數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杯組件進行了測量，在線測量應顯示出更好的結果。 Brimrose開發的光譜抑制軟件在該應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，該測試儀可用于創建一個模型，以便對聚乙烯的密度和熔體流動指數進行連續在線測試。

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