用近紅外光譜法測量二氧化硅顆粒的含水量
近紅外光譜的廣泛應用
近紅外(NIR)光譜技術可以實時測量不同物質的含水量，這項技術被廣泛應用于制藥、食品、化學、農業和建筑等多個行業中。
制藥工業：在制藥工業中，通過分析樣品的近紅外吸收光譜，可以確定樣品的含水量，這對于確保藥品的安全和生產一致性來說非常重要。
食品工業：在食品工業中，近紅外光譜常用于顆粒狀食品，如谷物和粉末狀配料的含水量分析，這有助于質量控制和生產過程優化。
化學工業：在化學工業中，近紅外光譜也用于監測和控制顆粒物質的含水量。在制造過程中實時測量產品濕度水平，確保產品質量的一致性。
農業應用：近紅外光譜在農業中常用于監測顆粒材料(如肥料，土壤樣品和動物飼料)的含水量以評估它們的質量和有效性。另外，還可以通過測定農作物的含水量和其他參數來檢測農作物的質量。
建筑行業：近紅外光譜在建筑行業中常用于測量顆粒材料(如沙子，礫石和混凝土)，墻壁，油漆和木材的含水量。有了這些信息可以判斷建筑材料的預期強度、耐久性，確保它們符合質量標準。
PART01 實驗簡介
橡膠工業用二氧化硅顆粒
的近紅外光譜測量
經過硅烷化反應的二氧化硅常被用作橡膠化合物中的補強材料。添加二氧化硅到橡膠化合物中，可以提高橡膠化合物的各種機械性能，如抗拉強度、抗撕裂性、耐磨性和剛度。它還改善了橡膠化合物的動態性能，如回彈彈性和遲滯性。
同時，二氧化硅也是一種吸濕性材料，這意味著它具有很強的吸水性。但是，二氧化硅顆粒的含水量會影響其硅烷化反應，從而影響它作為橡膠復合補強材料的性能。
因此，本實驗將取3種二氧化硅顆粒樣品，使用Avantes近紅外光譜儀檢測它們的吸收光譜，以此辨別這些二氧化硅顆粒樣品中是否含有水及它們的含水量。
PART02 實驗儀器
本實驗使用了2款不同型號的光譜儀，實驗詳細配置如下：
光譜儀1
描述 | |
光譜儀 | AvaSpec-NIR256-1.7-EVO |
光譜范圍 | 900-1700nm |
光譜儀2：
配置 | 描述 |
光譜儀型號 | AvaSpec-NIR256-2.5-HSC-EVO |
光譜范圍 | 1000-2500nm |
光源：
型號 | |
鹵素燈 | AvaLight-HAL-S-Mini |
軟件：
軟件類型 | 型號 |
AvaSoft | 8.16.1 |
光纖類型：
光纖類型 | 光纖芯徑（μm） | 長度（m） | 光纖套管 |
FCR-7UVIR | 400 | 2 | BX（不銹鋼） |
參考：
白參考類型 | 型號 |
白色參考瓦 | WS-2 |
樣品：
BET比表面積（m2/g） | 加熱損失（2h@105℃）（%） | |
1 | 165-185 | 4-7 |
2 | 150-170 | 6-8 |
3 | 150-170 | 4.5-7.0 |
PART03 實驗結果
水在近紅外光譜中存在兩個不同的吸收峰，這兩個峰分別在1400 nm左右和1900 nm左右。因此，我們選擇使用兩種不同光譜范圍的近紅外光譜儀：NIR1.7（光譜范圍900-1700nm）和NIR 2.5（光譜范圍1000-2500nm）。
圖1:使用NIR1.7 (圖A)和NIR2.5 (圖B)測量二氧化硅顆粒(樣品1、2、3)的光譜圖
如圖所示，NIR1.7和NIR2.5都檢測到了1400nm附近的水吸收峰。圖A所呈現的吸收峰曲線變化幅度相較于圖B更明顯，這是因為NIR1.7的分辨率更高。
圖2：使用NIR1.7 (圖A)和NIR2.5 (圖B)測量經微分處理后的二氧化硅顆粒(樣品1、2、3)的光譜圖
通過計算光譜的一階導數(圖2)來消除基線漂移和其他影響(如粒徑和溫度)，可以看到不同類型的二氧化硅顆粒之間有著細微的區別。
結論：實驗結果圖顯示，在大約1400 nm和1900 nm處存在明顯的水吸收峰，表明3種二氧化硅顆粒樣品中都含有水。其中，樣品1的水吸收峰曲線強度較高，表明它的含水量高于其他樣品。通過比較實驗結果圖A和B可以發現，NIR1.7的分辨率更高，能夠更精確地識別水吸收峰的變化，更細微地區分不同類型的二氧化硅顆粒。NIR2.5測量的光譜范圍更大，可以同時識別1400nm和1900nm處的水吸收峰。
應用Avantes近紅外光譜儀與化學計量模塊可以快速，非破壞性，準確的檢測水分含量。