بروتوكول للتحليل غير التدميري لمحتوي ألياف والعمر النسبي للورق.
مقالة منهجية
بروتوكول للتحليل غير التدميري لمحتوي ألياف والعمر النسبي للورق.
والتقنيات التحليلية الحالية لتوصيف ركائز الطباعة والفنون التصويرية هي إلى حد كبير مواقع ومدمره. وهذا يحد من كميه البيانات التي يمكن الحصول عليها من عينه فرديه ويجعل من الصعب إنتاج بيانات ذات صله من الناحية الاحصائيه للمواد الفريدة والنادرة. الرنين الطيفي للتجويف الرنان هو تقنيه غير مدمره وغير ضاره ، والتي يمكنها في نفس الوقت استجواب كلا جانبي المواد المغلفة وتوفير القياسات المناسبة للتفسيرات الاحصائيه. وهذا يوفر للمحللين القدرة علي التمييز بسرعة بين المواد المغلفة علي أساس التكوين وتاريخ التخزين. في هذه المادة المنهجية ، ونحن نظهر كيف يمكن استخدام الطيف الرنانة الرنين الطيفي لا تلامس للتمييز بين التحاليل ورقه من التراكيب المختلفة ألياف الأنواع ، لتحديد العمر النسبي للورق ، والكشف عن وقياس كميه النفايات المعاد تدويرها من ألياف بعد الاستهلاك في الورق المكتبي المصنع.
الورق هو مغلفه ، غير متجانس ، المنتجات المصنعة التي تتالف من ألياف السليسيليك ، وكلاء التحجيم ، الحشو غير العضوية ، الملونات ، والمياه. قد تنشا ألياف السليلوز من مجموعه متنوعة من المصادر النباتية. ثم يتم تقسيم المواد الخام من خلال مزيج من العلاجات الفيزيائية و/أو الكيميائية لإنتاج لب عملي يتكون أساسا من ألياف السليلوز. يمكن أيضا استعاده السليلوز في المنتج الورقي الثانوية ، أو ألياف المعاد تدويرها1. و TAPPI الأسلوب T 401 ، "تحليل ألياف الورقية والورق المقوي ،" هو حاليا الدولة من الطريقة الفنية لتحديد أنواع ألياف ونسبها الموجودة داخل عينه ورقه ويستخدم من قبل العديد من المجتمعات2. وهي تقنيه يدوية لقياس ألوان تعتمد علي الحده البصرية لمحلل بشري مدرب بشكل خاص لتمييز أنواع ألياف المكونة لعينه ورقيه. وعلاوة علي ذلك ، فان اعداد العينات لأسلوب TAPPI 401 شاق ويستغرق وقتا طويلا ، مما يتطلب تدميرا ماديا وتحللا كيميائيا للعينه الورقية. تلطيخ مع الكواشف الموصوفة خصيصا يجعل عينات ألياف تخضع لأثار الاكسده ، مما يجعل من الصعب لأرشفه عينات لحفظ أو عينه المصرفية. التالي ، فان النتائج من TAPPI الأسلوب T 401 تخضع للتفسير البشري وتعتمد بشكل مباشر علي الفطنة البصرية لمحلل الفردية ، والتي تختلف استنادا إلى مستوي هذا الفرد من الخبرة والتدريب ، مما يؤدي إلى أخطاء متاصله عند مقارنه النتائج بين مجموعات العينات وداخلها. مصادر متعددة من عدم الدقة وعدم دقتها موجودة كذلك3. بالاضافه إلى ذلك ، فان أسلوب tappi غير قادر علي تحديد كميه ألياف الثانوية أو العمر النسبي لعينات الورق4،5.
وفي المقابل ، فان تقنيه التحليل الطيفي للتجويف الرنان (RCDS) التي نقوم بوصفها في هذه المقالة توفر قدرات تحليليه مناسبه تماما للامتحانات الورقية. مجسات الطيفي العازل تحقيق ديناميات الاسترخاء من قطب وحاملات الشحن المحمول داخل مصفوفة استجابه للمجالات الكهرومغناطيسية المتغيرة بسرعة ، مثل أفران الميكروويف. وهذا ينطوي علي أعاده توجيه التناوب الجزيئية ، مما يجعل RCDS خاصه مناسبه تماما لفحص ديناميات الجزيئات في الأماكن المحصورة ، مثل الماء الممتص علي ألياف السليلوز المضمنة داخل ورقه. باستخدام الماء كجزيء المسبار ، يمكن RCDS في وقت واحد استخراج المعلومات عن البيئة الكيميائية والتكوين الفيزيائي لبوليمر السليلوز.
البيئة الكيميائية للألياف السليلوز يؤثر علي مدي الترابط الهيدروجين مع جزيئات الماء ، التالي سهوله الحركة استجابه للمجالات الكهرومغناطيسية المتقلبة. يتم تحديد البيئة السليلوتيه ، في جزء منه ، من قبل تركيزات هيميسيلولوز والليغولين في ورقه التحليلية. Hemicellulose هو البوليمر متفرع من الخماسية ، في حين ان اللينونات هو مسعور ، عبر ربط ، الفينول البوليمر. كميات الهيسيلوللوز والليغولين في ألياف الورقية هي نتيجة لعمليه صنع الورق. كثفت المياه في أقسام الورق بين المواقع المائية ، والترابط الهيدروجين داخل البوليمر السليلوز ، وخاصه مع جزيئات الماء الممتط ، يؤثر علي مستوي عبر ربط داخل هيكل السليلوز ، ومستوي polarizability ، والهندسة المعمارية من المسام داخل البوليمر السليلوز5. مجموع استجابه عازله من المواد هو مجموع متجه من جميع لحظات قطب داخل النظام ، ويمكن تمييزها عن طريق الطيفي عازله من خلال استخدام نظريات متوسطه فعاله6،7. المثل ، فان السعه من ماده عازله يتناسب عكسيا مع سمكها ؛ التالي ، الرنين الطيفي تجويف الرنانة هو المثالي لدراسة عينه إلى عينه سمك استنساخ من مواد رقيقه جدا الأفلام مثل ورقه8،9،10. وفي حين ان هناك مجموعه كبيره من الاعمال المتعلقة باستخدام تقنيات التحليل الطيفي العازل لدراسة منتجات الخشب والسليلوز ، فقد اقتصر نطاق تلك الدراسات علي قضايا تصنيع الورق11و12 ،13. لقد استفدنا من الطبيعة المتباينة للورق لإثبات تطبيق الاقراص المضغوطة لاختبار الورق خارج الرطوبة والخواص الميكانيكية14،15،16 ولإظهار انه ينتج البيانات العددية التي يمكن استخدامها في تقنيات ضمان الجودة مثل دراسات القدرة علي القياس ومراقبه العمليات الاحصائيه في الوقت الحقيقي (SPC). ولهذه الطريقة أيضا قدرات متاصله في الطب الشرعي ويمكن استخدامها لمواجهه الشواغل المتعلقة بالاستدامة البيئية من الناحية الكمية ، ودعم المصالح الاقتصادية ، وكشف الوثائق المغيرة والمزيفة.
الرنين الطيفي للتجويف الرنان (RCDS) نظرية وتقنيه
RCDS هي واحده من عده تقنيات الطيف الطيفي عازله المتاحة17؛ تم اختياره خصيصا لأنه غير الاتصال ، غير مدمره ، وبسيطه بالتجربة بالمقارنة مع غيرها من الأساليب الطيفية عازله. وعلي النقيض من التقنيات التحليلية الأخرى المستخدمة لدراسة خصائص الورق ، تلغي الاقراص المدمجة الحاجة إلى مجموعات مكرره من القياسات لحساب الجانبين من ورقه عينه18. تقنيه تجويف الميكروويف الرنانة لديها ميزه ان تكون حساسة لكل من السطح والتوصيل السائبة. علي سبيل المثال ، يتم تحديد الموصلات السطحية لماده عينه عن طريق تتبع تغيير في عامل الجودة (Q-عامل) من تجويف كما يتم ادراج عينه تدريجيا في تجويف في الارتباط الكمي مع حجم العينة18 و19و20. يمكن الحصول علي الموصليه ببساطه عن طريق تقسيم الموصلات السطحية بسماكة العينة. ال [كندوتنس] سطحيه من رقيقه, [شتيد] ماده مثل ورقه اعمال كوكيله للتشكيل الجانبي عازله من ماده تحت اختبار (موت), بما ان هو يكون مباشره متناسبة إلى الخسارة عازله, ε ", من ال [موت]18,19, 20. فقدان عازله هو مؤشر علي مقدار الحرارة تبددها ماده عازله عندما يتم تطبيق حقل كهربائي عبر ذلك ؛ والمواد ذات التوصيل الأكبر سيكون لها قيمه خسارة عازله اعلي من المواد الموصلة اقل.
بالتجربة ، وفقدان عازله ، ε "، المرتبطة سطح العينة يتم استخراج من معدل انخفاض عامل الجودة صدي التجويف (Q) (اي فقدان الطاقة) ، مع زيادة حجم العينة19. يتم تحديد Q في تردد الرنانة f من عرض 3 ديسيبل, Δf, من ذروه رنانه في التردد الرنان f, Q = Δf /f. وترتبط هذه العلاقة كميا مع ميل الخط المعطي بالمعادلة 1
أدناه ، حيث يمثل الفرق بين المعامل التبادلي للعينه من العامل q من التجويف الفارغ ،
هو نسبه حجم العينة المدرجة إلى حجم التجويف الفارغ ، وتقاطع الخط ، ب "، حسابات الحقل غير الموحد في العينة ، كما هو مبين في الشكل 119.
(المعادلة 1)
في هذه المقالة ، ونحن نوضح فائده واسعه من هذه التقنية عن طريق تحديد نسب الأنواع ألياف (سبيتشيشن) ، وتحديد العمر النسبي للأوراق العمر بشكل طبيعي ومصطنع ، والكمية من محتوي ألياف المعاد تدويرها من ناسخه المكتب الأبيض ورقه التحاليل. في حين ان تقنيه RCDS قد تكون مناسبه لدراسة مواضيع أخرى ، مثل قضايا الشيخوخة في عزل الورق في أجهزه الطاقة الكهربائية ، وهذه الدراسات خارج نطاق العمل الحالي ولكن سيكون من المثير للاهتمام لمتابعه في المستقبل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. اعداد المواد
2. المعجل ورقه الاختبار تتلاشي
ملاحظه: عينات الورق الذين تتراوح أعمارهم تحت الاشعه فوق البنفسجية الخفيفة في درجه حرارة مرتفعه في الرطوبة المحيطة المختبرية. يتم تنفيذ الشيخوخة باستخدام غرفه الهواء المعجل مجهزه 340 nm المصابيح UVA ، في الإشعاع من 0.72 W/m2 في 50 °c ل 169 h ، عن طريق اتباع البروتوكول التالي.
3. اعداد المعدات وأخذ قياسات التجويف الرنانة
ملاحظه: ويتكون الاختبار تجويف الرنانة لاعبا أساسيا الهوائية مملوءة القياسية WR-90 مستطيل الموجه الموجي. التجويف يحتوي علي فتحه 10 مم × 1 مم تشكيله في مركز لإدخال العينة. يتم إنهاء الدليل الموجي علي كلا الطرفين من WR-90 لإقناع محولات التي تربط تجويف مع محلل شبكه الميكروويف عبر الكابلات المحورية شبه جامده. محولات اقتران تقريبا عبر الاستقطاب فيما يتعلق زاوية الاستقطاب دليل الموجي ، مما يخلق مقاومه حاده الانقطاعات في كل من الموجه الموجي ينتهي التالي تجويف الجدران. زاوية الاستقطاب حوالي 87 درجه مئوية ، وهو ما يكفي لتحقيق الطاقة الأمثل التحميل في تجويف مع تعظيم عامل الجودة. عامل الجودة ، Q0، وتردد رنانه ، و0، من تجويف فارغه في الثالث الرنين وضع الغريبة TE103 في الذي نقوم باجراء القياسات هي 3.200 و 7.435 GHz علي التوالي. يتم اجراء القياسات في الظروف المختبرية المحيطة باتباع البروتوكول المذكور أدناه.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الأساس المنطقي لاختيار زاوية الشريط 60 °
ويؤثر اتجاه القطع في عينه الاختبار علي حجم الاستجابة العازلة ، كما هو مبين في الرسم البياني في الشكل 2. في التجارب الاوليه ، تم قطع شرائط الاختبار من زوايا متعامدة من ورقه ، كما هو الممارسة القياسية لقياس الخصائص الفيزيائية في علم الورق ؛ ومع ذلك, شرائط قطع من زوايا غير متعامدة علي طول ورقه ورقه قدمت أعظم القرار بين أنواع الورق, لا سيما في 45 ° و 60 ° الاتجاات15. ويمكن ترشيد هذا الفرق في الاستجابة علي أساس ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لقد أظهرنا في مكان آخر ان وجود المحتوي اللينان من ألياف لا يغير بشكل كبير السلوك العازل للأوراق المصنعة15. التصميم ليس مهما فقط في اختبار QA/QC من الأوراق الحديثة ولكن اهتماما كبيرا في دراسة الأوراق التاريخية التي كانت تصنع في الغالب من مصادر النباتات غير الخشبية ، مثل الخيزران والقنب والكتان والبردي. كما هو مبين في الشكل 7، لدينا تقنيه يمكن التمييز بين مصادر النباتات غير الخشبية (100 ٪ ورقه القطن مقابل 90 ٪ الخيزران/10 ٪ ورقه القطن). وهذا يتسق مع العمل السابق الذي يس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هذا هو مساهمه من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ، وليست خاضعه لحقوق التاليف والنشر. يتم تحديد بعض المعدات أو الاداات أو المواد التجارية في هذا التقرير لتحديد الاجراء التجريبي بشكل مناسب. ولا يقصد بهذا التحديد ان ينطوي علي توصيه أو تاييد من جانب المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا أو مكتب النشر الحكومي التابع للولايات المتحدة ، كما انه لا يقصد به ان يعني ضمنا ان المواد أو المعدات المحددة هي بالضرورة أفضل المتاحة لهذا الغرض. وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
مكتب النشر الحكومي التابع للولايات المتحدة والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| ورقة المكتب الملونة المنتجة تجاريا | Neenah Paper | تم شراؤها من Staples | |
| Q-Lab QUV غرفة التجوية المتسارعة | Q-Lab Corporation ، Westlake ، OH | ||
| X-Rite eXact ؛ | X-Rite, Inc., Grand Rapids, MI | ||
| Agilent N5225A محلل الشبكة | Agilent Technologies ، سانتا روزا ، كاليفورنيا | ||
| WR90 دليل موجي مستطيل ؛ | Agilent Technologies ، سانتا روزا ، كاليفورنيا | R 100 (أ = 10.16 مم ، ب = 22.86 مم ، ل< ساب > ز < / فرعي > = 127.0 مم) ؛ | |
| برنامج تحليل بيانات JMP | SAS ، كاري ، نورث كارولاينا |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن