基于背景水分扣除的水泥生料成分的近紅外光譜建模

胡 榮，劉文清，徐 亮*，金 嶺，楊偉鋒，沈先春， 成瀟瀟，王鈺豪，胡 凱，劉建國(guó)

1. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230026 2. 中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031

引 言

水泥生料質(zhì)量控制是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的關(guān)鍵一環(huán)。 由于物料成分波動(dòng)，水泥生料中的4種關(guān)鍵成分Fe2O3，SiO2，CaO和Al2O3配比會(huì)發(fā)生變化。 及時(shí)檢測(cè)這四種成分的含量并調(diào)整其配比，對(duì)水泥生料的質(zhì)量控制具有重要意義。 現(xiàn)有的生料成分檢測(cè)方法有熒光分析法[1-3]和中子活化法[4-5]。 熒光分析法是一種離線的分析方法，需要從生產(chǎn)線上采集生料，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成分分析，過(guò)程繁瑣且耗時(shí)。 中子活化法需要中子源，若發(fā)生泄漏會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害。 而傅里葉變換紅外(Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR)光譜是一種安全快捷、可在線的分析方法，在水泥生料成分的在線檢測(cè)的應(yīng)用上具有巨大潛力[6-8]。

在實(shí)際的水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于環(huán)境不可控，需要考慮環(huán)境濕度變化對(duì)樣品的FTIR定量分析模型造成的影響。 水分在近紅外波段存在強(qiáng)烈的吸收，并與水泥生料礦物成分的特征吸收的近紅外波段產(chǎn)生重疊。 研究表明水分會(huì)影響物質(zhì)的近紅外光譜[9]。 Janik等研究了水分對(duì)土壤的紅外分析的影響，得到光譜強(qiáng)度與水分含量呈非線性關(guān)系[10]。 王世芳等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到水分會(huì)掩蓋表征土壤有機(jī)質(zhì)信息的波段，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)檢測(cè)造成干擾[11]。 背景水分的變動(dòng)會(huì)對(duì)光譜的基線和吸收特征有顯著影響，影響后續(xù)的化學(xué)計(jì)量建模，這是近紅外分析的一個(gè)難點(diǎn)所在。……