Малогабаритный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона для количественного определения состава древесины

Малогабаритный настольный спектрометр ближнего ИК-диапазона с автоматической регистрацией спектра разработан на основе волоконно-оптического спектрометра с неподвижной дифракционной решеткой с использованием микроэлектронных и микромеханических технологий. Стабильность источника света и базовой линии, отношение сигнал/шум прибора и дрейф темново-го тока — важные показатели проверки работоспособности спектральной системы. Результаты эксперимента показывают, что источник света достигает стабильного состояния после прогрева в течение 2 с. Стандартное отклонение линии 100% пропускания прибора в диапазоне 1200—1550 нм составляет <0.0003, отношение сигнал/шум 3000:1. Относительное стандартное отклонение темнового тока 0.0019—0.0035. Количественная калибровочная модель содержания древесной целлюлозы и лигнина разработана на основе 88 образцов измельченных пиломатериалов с помощью коррекционной модели целлюлозы и лигнина, а также последующего учета поправок на многократное рассеяние. Среднеквадратичные ошибки калибровки по целлюлозе и лигнину 0.6096 и 0.9572%, предсказанного содержания целлюлозы и лигнина 1.2884 и 1.7712%. Разработанный компактный спектрометр ближнего ИК-диапазона имеет стабильные рабочие характеристики. Основанные на калибровочной модели порошкообразных образцов древесины результаты прогнозирования содержания целлюлозы и лигнина подтверждают, что описываемый спектрометр обладает высокой точностью и может быть использован для быстрого обнаружения отдельных компонентов смеси веществ.

1. D. Eisenstecken, A. Panarese, P. Robatscher, C. W. Huck, A. Zanella, M. Oberhuber, Molecules, 20, No. 8, 13603-13619 (2015).

2. Y. Liu, Z. Xia, L. Yao, Y. Wu, Y. Li, S. Zeng, H. Li, J. Food Comp. Anal., 84 (2019).

3. Z. H. Zhang, X. X. Muo, Y. J. Guo, W. Wang, Spectrosc. Spectr. Anal., 31, No. 7, 1975-1979 (2011).

4. J. H. Qu, D. Liu, J. H. Cheng, D. W. Sun, J. Ma, H. B. Pu, X. A. Zeng, Crit. Rev. Food Sci., 55, No. 13, 1939-1954 (2015).

5. B. Baca-Bocanegra, J. M. Hernandez-Hierro, J. Nogales-Bueno, F. J. Heredia, Talanta, 192, 353-359 (2019).

6. K. He, H. Cheng, W. Du, F. Qian, Chem. Intel. Lab. Syst, 134, 79-88 (2014).

7. L. J. Xie, A. C. Wang, H. R. Xu, X. P. Fu, Y. B. Ying, T. Asab., 59, No. 2, 399-419 (2016).

8. Q. Wen, H. J. Lei, J. Huang, F. Yu, L. K. Huang, Z. Zhang, D. L. Li, Y. C. Peng, Z. Y. Wen, Appl. Opt., 58, No. 17, 4642-4646 (2019).

9. M. Rani, C. Marchesi, S. Federici, G. Rovelli, I. Alessandri, I. Vassalini, S. Ducoli, L. Borgese, A. Zacco, F. Bilo, E. Bontempi, L. E. Depero, Materials (Basel), 12, No. 17 (2019).

10. M. Blanco, I. Villarroya, Trac-TrendAnal. Chem., 21, No. 4, 240-250 (2002).

11. A. Sakudo, Clin. Chim. Acta, 455, 181-188 (2016).

12. X. Y. Xiang, Z. Y. Wen, Z. C. Long, M. J. Hong, Y. Q. Liang, Y. Xu, Spectrosc. Spectr. Anal., 29, No. 8, 2286-2290 (2009).

13. N. Odisio, M. Calabrese, A. Idone, N. Seris, L. Appolonia, J. M. Christille, Eur. Phys. J. Plus, 134, No. 2, 16 (2019).

14. Z. Xiong, F. Pfeifer, H. W. Siesler, Appl. Spectrosc., 70, No. 4, 635-644 (2016).

15. C. F. Zhou, G. T. Han, S. W. Gao, M. Y. Xing, Y. Song, W. Jiang, BioResources, 13, No. 3, 6122-6132 (2018).

16. Y. Horikawa, S. Hirano, A. Mihashi, Y. Kobayashi, S. C. Zhai, J. Sugiyama, Appl. Biochem. Biotechnol., 188, No. 4, 1066-1076 (2019).

17. D. Mauruschat, B. Plinke, J. Aderhold, J. Gunschera, P. Meinlschmidt, T. Salthammer, Wood Sci. Technol, 50, No. 2, 313-331 (2016).

18. O. Elle, R. Richter, M. Vohland, A. Weigelt, Sci. Rep, 9, 11 (2019).

19. X. L. Jin, X. L. Chen, C. H. Shi, M. Li, Y. J. Guan, C. Y. Yu, T. Yamada, E. J. Sacks, J. H. Peng, Bioresour. Technol., 241, 603-609 (2017).

20. Y. H. Yun, H. D. Li, B. C. Deng, D.-S. Cao, TrAC Trend. Anal. Chem, 113, 102-115 (2019).

21. H. Li, J. X. Wang, Z. N. Xing, G. Shen, Spectrosc. Spectr. Anal., 31, No. 2, 362-365 (2011).

22. A. Rinnan, F. V. D. Berg, S. B. Engelsen, TrAC Trend. Anal. Chem., 28, No. 10, 1201-1222 (2009).

23. P. A. M. Nascimento, L. C. D. Carvalho, L. C. C. Jrnior, F. M. V. Pereira, G. H. D. A. Teixeira, Postharvest Biol. Technol., 111, 345-351 (2016).