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红外光谱法对PC/ABS材料共混比例进行半定量

更新时间:2009-03-28

近年随着计算机科学的快速发展,大量的算法程序已经被应用在了各个领域并取得了显著的成绩。在材料测试领域,ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA 等优秀工具在材料力学、模流分析等方面给予国内外研发团队以极大的帮助,LAMMPS、GROMACS、AMBER等软件是分子动力学领域优秀工具的代表。在光谱色谱的识别方面,也存在一定的研究[1-3]。红外光谱技术自1920年代发端,先后出现了发射光谱、色红联用等新技术,为材料科学的发展提供了重要的支持。红外光谱为工具在各个领域一直是定性定量的工作的重要工具[4-9]。由于其出峰强度遵循朗伯比尔定律,可以用于定量[10]。红外是塑料定性的常用手段,且已经在日常生活中有所应用[11-13]

PC/ABS材料的性能受到不同因素的影响,其中ABS含量与PC/ABS合金的性能成线性相关,近似服从加和性,整体性能介于PC与ABS之间,冲击强度随配比有协同效应和对抗效应,且极值位置不同[14]

在此之前,大部分对于PC/ABS共混比例的测试是通过TGA进行的。但在此前的测试中,发现由于不同合成方法的ABS共混得到的 PC/ABS合金表现出不同的分解特征。在测试高胶粉和乳液法PC/ABS合金时出现了 PC与 ABS热失重峰大部分重合的情况,较难进行分析,而红外谱图上依然可以清晰看到PC和ABS分别的特征峰。而且与TGA测试相比,红外测试有测试速度快的优点。一个TGA实验耗时大约30 min,而红外测试只需要短短几分钟。如果能用红外对PC/ABS共混比例进行定量,将解决ABS合成方法对测试结果的影响,并缩短实验耗时。

本文在前人的基础上,提供一种对样品集合的学习和分类方法,通过计算机的识别,采集不同PC/ABS共混比例样品的红外谱图形成学习集,将学习集中相同共混比样品的红外谱图波峰通过判别式提取出来后进行平均,去掉偶然出现的波峰,并对剩余的每个峰顶点的横纵坐标进行平均,得到该共混比样品红外谱图的特征。将待测样品与平均后的特征进行匹配,从而进行分类。将待测样品的峰顶点也进行定位,并测量与各共混比样品特征点的距离。在测得的距离中除去特征点个数的影响后作为判据D,判据越小,说明待测样品该改共混比的特征红外谱图越接近。

1 实验

1.1 仪器与试剂

聚碳酸酯PC,LG化学,PC 1300-03NP;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS,台湾奇美,ABS PA-757;氯仿,分析纯,广州化学试剂厂。

下面以PC/ABS比例为40/60的样品为例进行分析,其红外谱图及提取的峰谷情况如图4所示。其与各个不同PC/ABS比例红外匹配的差异以D表示,在表1中给出。可以看出,其与正确的PC/ABS浓度匹配的D是最小的。随机对不同PC/ABS比例样品进行了测试,结果如表2所示,黑体标出为最小差异。从得出数据来看,这种分析方法取得了较为理想的结果。

1.2 实验方法

对不同比例的PC和ABS料进行共混,共混的比例分别为,PC/ABS=100/0、80/20、60/40、40/60、20/80。取共混后的PC/ABS颗粒料22 mg±1 mg,在250℃下进行热压制样,50 MPa压力下,压制10 s,取出样品后冷却至室温后进行红外测试。每个共混比例至少取三个样品进行测试,从而得到足够的红外谱图来制备学习集合。另外取一组不同共混比例的样品进行红外谱图采集,作为待测样品,分别进行标记。红外谱图的去趾函数选择为Blackman-Harris 3-Term,每张谱图共有1866个数据点。

为与这种方法进行对比,进行了各个样品的TGA测试。测试条件为:从50℃开始升温,以20℃/min的升温速率升值750℃。

1.2.2 核密度估计法(KDE) 核密度估计法(KDE)是基于密度的空间点模式分析方法中应用最为广泛的一种非参数估计方法.核密度方程的几何意义为:密度分布在每个xi点中心处最高,向外不断降低,当距离中心达到一定阈值范围(窗口的边缘)处密度为0.运用该原理对每一个样本点进行计算,将相同位置处的密度进行叠加,得到点要素在整个区域的分布密度[24].网格中心处的核密度为窗口范围内的密度和:

2 结果与讨论

2.1 谱图特征提取

式中,N为学习集特征波峰(或波谷)的个数,也就是该向量的维数。

W6盖梁施工的人因风险评价中:论域为URH·W6={x1,x2,…,x34},条件属性C={R11,R12,R13,R15},决策属性D={1,2},数字1,2表示可承担风险和不可承担风险;V={1,2,3,4},数值1,2,3,4,表示低风险、中风险、高风险和严重风险,风险程度越高,表示越需要整改.构造W6作业单元人因风险评价表,如表6所示.

  

图1 选择五个点来标定谱图的情况下,波峰和波谷的样式

结合上述优缺点,金隆公司采用湿法硫化沉淀除砷法处理含砷废液的工艺流程。硫化除砷法具有除砷效率高,砷沉淀物稳定的优点。

  

图2 通过峰特征来对谱图的特征点进行标定

  

图3 不同共混比例样品的红外谱图分别平均后的特征点标定

2.2 谱图识别

[1]刘明明, 夏炳乐, 杨俊. 自动化色谱谱图解析——谱峰的自动识别与快速解析[J]. 色谱, 2009, 27(3): 351-355.

[6]罗俊杰, 赵霞, 黄铃. 原位红外光谱-图像分析法研究聚烯烃弹性体的熔融相变[J]. 精细与专用化学品, 2017, 25(9): 004.

 

那么认为目标谱图中第j个波峰(或波谷)与学习集中特定PC/ABS比例的谱图上的第i个波峰(或波谷)相匹配。定义待测样品谱图与学习集特征的差异为D。D越小,说明其特征越接近。通过D对需要判断的谱图进行分类,分入学习集中。

 

取得数据之后,取15张谱图为学习集,PC/ABS比例分别为100/0,将谱图保存为数据点表形式,并进行归一化。然后把归一化之后的数据录入学习系统。然后以每个点的相对大小作为判据,对每幅图像的拐点进行识别。在平衡计算量和准确性之后,取五个点来识别红外吸收的峰谷。用数据点的绝对值作为判别依据,如果出现五个数据点中前三个数据依次递增,同时后三个数据以此递减的情况,就判定为一个波峰,如果出现前三个数据点依次递减而后三个数据点依次的情况判定为一个波谷。并且,人为规定波峰波谷数量相间。以取得的这些波峰和波谷为特征点来代表这张谱图的信息。得到的数据类似图2。

我们国家在工业电气方面出口增加,占我国外贸出口比重也不断上升,反映出我们国家产业和贸易方面的导向,沿着高新技术产品方向发展。我们在这些产业当中还是处于进口与出口交替的阶段,更多的产品处于中级产品阶段,我们国家关于高精尖技术产品的出口以及一些电器工业产品的优势还没有完全建立起来,其产品代加工贸易还会在很长一段时间存在,与发达国家相比我们国家的机械工业运输设备规模比较小,仍然有很多的潜力、发展动力存在。

傅里叶转换红外光谱仪,BRUKER TENSOR27;热压制样装置,自制;热失重分析仪,NETZSCH TG 209 F3。

 

表1 PC/ABS红外谱图与各个学习集特征的差异

  

PC/ABS比例 100/0 80/20 60/40 40/60 20/80 D 0.206615 0.208931 0.169284 0.036386 0.078138

 

表2 对随机抽取的不同共混比例的PC/ABS红外的比对结果

  

实际比例 学习集共混比例100/0 80/20 60/40 40/60 20/80 100/0 0.057802 0.086878 0.177884 0.202124 0.223448 80/20 0.103385 0.040227 0.151435 0.286417 0.290836 60/40 0.274132 0.154189 0.106298 0.324213 0.274891 40/60 0.206615 0.208931 0.169284 0.036386 0.078138 20/80 0.17561 0.164077 0.136967 0.121418 0.109846

  

图4 PC/ABS比例为40/60的样品的其红外谱图 及提取的峰谷情况

  

图5 不同共混比例PC/ABS的TGA曲线

2.3 TGA 法不能对PC/ABS定量

为与该方法进行比较,对对应样品进行了TGA的测试。所得谱图如图5所示。从图5可以看出,所得到的谱图中,PC与ABS两种材料的分解温度基本重合了,因此这种PC/ABS不适合用TGA的方法来进行混合比例的测定。

3 结论

综上所述,本文给出了一种以学习集为基础,进行谱图分类的方法。平时如果直接对红外谱图进行解读,其实也是对谱图的特定位置进行分析,所以从某种程度上来说,这种算法是模仿的学习和解读谱图的过程。

目前,不少城市出台有养犬规定、条例,对文明养犬作出详细要求,受到社会欢迎。但这些规定、条例往往出台时通过运动式办狗证、全城捕杀无证狗,让养狗人心惊胆战,风头一过,各种无证狗、无主狗又开始满地撒欢儿,四处便溺。

用这种方法对PC/ABS材料进行半定量,并不是测试其真实的PC/ABS比例,而是将待测样品的红外谱图与学习集中各个PC/ABS比例样品进行匹配。所以学习集包含的比例越多,精确度就越高。如果把待测样品与各个学习中各个标准样品的差异作为输入,作进一步的处理,这种方法是可能真正用于定量的。以这样的数据作为输入,不需要人工进行峰位置的识别或是手动积分,可以排除人为因素的干扰,更为准确,也更为方便。数据处理时以红外谱图的波峰波谷数据为特征来代表谱图,极大地减小了计算量,相对来说也更方便机器进行细致的分析。另外,在考虑将每次的测试结果作为学习的样品,进行监督学习。

参考文献:

将待测样品的谱图以相同的格式进行导入。待测样品波峰波谷的识别方法与学习集的识别方法相同。规定第i个数据点的吸收强度为y(i)波长为λy(i)。对每个浓度的特征点进行匹配,如果有式(1)。

[2]张磊, 王珏明, 王勇军. 色谱谱图峰的识别算法[J]. 计算机应用与软件, 2009, 26(8): 256-258.

但是,国内对于学生英语学习行为的研究却不多。行为,在心理学上泛指有机体外现的活动、动作、运动、反应或行动[8]。学生的学习行为会对学习结果产生直接的影响。目前国内有限的研究也只是集中在不同学习阶段学生的行为表现上,如:罗立胜等的研究[9],鲜有对学生从入门到大学整个英语学习历程的探究,更鲜有人运用质性研究方法对此进行深描。因此,本研究打算通过对学生英语学习全历程的审视、并采用质性研究方法对这个问题进行探讨。

[3]陈淑珍, 麻红昭. 一种色谱谱峰识别算法的实现[J]. 计算机应用与软件, 2013, 30(11): 309-311.

[4] McCloskey D C, Barnett J L, James S R. Systems and methods for preventing friendly fire through infrared recognition and authentication: U.S. Patent 9,473,712[P]. 2016-10-18.

随着重油深加工技术的不断进步,催化油浆作为催化裂化过程中富含优质碳源且廉价易得的副产品,可应用于炼化、冶金、建材、合成橡胶及新型碳材料等领域,生产炭黑、针状焦、重交沥青、介孔碳和碳纤维制品,具有广阔的市场应用前景。为了深入挖掘催化油浆深加工利用潜力,更好地发挥催化油浆所含优质碳源的经济价值,应从以下几个方面开展相关技术的研究和开发:

[5]杨雪娇, 黎群娣, 黄伟, 等. 傅里叶红外光谱法分析密胺餐具、脲醛餐具及其表面涂层[J]. 化学分析计量, 2015, 24(4):26-28

再分析国证A股指数(399317)的走势。同样地,将2008年1月高点,连2015年6月高点,得上升通道的上轨;以2008年11月初的低点作下轨。此上升通道的上升速度为按年6.8%。可以说,这是一个较为可靠的速度。目前下轨的位置2650点一带。以今年以来国证A指的下跌速度计算,跌至下轨大约在2700点附近。2700点距离目前3400点仍有21%的下跌空间。此等分析方法并非指指数一定会跌到那里,而是,当指数跌至此处再投资,安全系数会更高。

因为每个PC/ABS比例的样品进行了三次红外测试,需要对这三次取得的特征峰位置进行平均。将波长相近的波峰(8个数据点以内)认为是同一个峰而进行平均。对于三张谱图中只出现一次的峰,可以认为是偶然出现进行排除。规定第 i个波峰或波谷的红外透过强度为 x(i),波长为λx(i)。这样就获得了一个PC/ABS共混比例样品的红外谱图信息。将5种不同浓度的PC/ABS红外谱图都进行与上述方法相同的处理。得到的谱图情况如图3所示。

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[9]吴立军, 尤瑜生, 冯典英, 等. 近红外光谱法测定ABS/PC材料的共混比[J]. 工程塑料应用, 2006, 34(10): 52-56.

风影一直带着那支竹笛,一有空就拿出来吹。笛声幽幽,无穷无尽的情意与思念尽在其中了。这一切了空法师尽收眼底,这孩子终究是尘缘未了,情劫太深,老法师沉沉地喟然长叹,摇了摇头,黯然离去。风影见风日长,转眼之间已经是一个风度翩翩的俊美少年了,三年之后,他随师父一起回到了白云寺,脚跟还未落地,找个借口就溜出了山门,拔腿就朝那片树林里跑,四处寻找那根挂在树枝上的红腰带。

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李茂华,庞承焕,宋翠翠
《广州化学》 2018年第02期
《广州化学》2018年第02期文献

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