[仪器使用维修] 远红外快速水分仪在生物质计量检测中的应用

生物质水分含量的测定是生物质计量检测的重要组成部分。生物质水分含量的检测对生物质的质量、储藏等有着重要意义。另外在最新的生物质固体燃料制作等领域，水分含量的检测所起的作用也越来越大。

水分检测所采用的方法不同使水分仪的种类也很多。原子技术、半导体技术与计算机技术的飞速发展，给粮食水分检测技术的发展提供了广阔的空间。为了实现全数字、实时在线测量，就必须要有快速无损检测技术作为保证。随着对无损检测技术的需要，无损检测仪器将逐步实现标准化、通用化和系列化，大规模可编程逻辑器件和数字信号处理器的推广和成本的降低，必将加速其在无损检测技术上的应用，不仅可以提高信号采集和处理速度，满足市场大量实时性要求，也将缩短开发时间，增加硬件的功能和扩展性。计算机软件及硬件在无损检测技术上的应用，将实现温度等重要检测因素的自动补偿，使检测仪器由过去的单一化向多用途方向发展，适用于多种不同环境下的无损检测。[1]远红外加热作为一种新型加热技术也被用于加热干燥法的水分检测中，而远红外快速检测水分仪就是一种集远红外无损加热和可编程逻辑器件于一体的新型生物质水分检测仪器。

随着生物质水分含量的检测重要性的增加，关于水分测量的方法也得到了各种探索。从原始的空手接触等方式到如今的各种科学的检测方法或设备，水分检测变得越来越精确和简单。目前已有的生物质水分检测方法基本可以分为两种：一种是直接检测法，另一种是间接检测法。

直接检测法就是通过加热干燥后用天平进行称重这一原始的操作方法来测定水分的含量。不过随着科技不断进步，直接检测法的加热方式及效果也越来越先进。所以把直接检测法又分为传统加热法和现代科技加热法。[2]

传统加热法其实就是平常所说的烘干法或失重法。根究加热温度和方法的不同又被我们分为：低温烘干法（又称标准测定法）、高温烘干法（快速失重测定法）高水分预处理法（二次烘干法）、隧道式烘箱法。[3-4]这几种方法虽然都是通过传统的加热方式来测定水分含量，但其各自所适用的生物质种类又各不相同，如果不加区分的话会造成生物质水分含量的较大误差。另外，也有一些研究者根据不同情况把高温烘干法和隧道式烘箱法相结合来测定生物质含量。

低温烘干法就是在105℃的温度下，把式样干燥到重量不变（或变动的范围在允许的范围内），根据所失的水分重量来计算水分的含量。拥有与此法采用的温度较低，稍超出水的沸点，在这种温度下对生物质其他成分的损失非常微小，所以测得的水分较一般方法准确，故被称为标准法，缺点是耗时太久。高温烘干法是利用较高的温度（130℃）在限定的时间内烘干试样，根据失去的重量算出水分含量，与标准法类似，但因为温度较标准法高，所以容易引起生物质中其他成分的变化，所以必须严格控制烘干试样的温度和时间，才能更好的保证测定结果的准确性。[3]高水分预处理法是针对水分含量较高的生物质产品分两次加热。至于隧道式烘箱法则通过烘箱内的更加细致的设计来对试样进行加热。

现代科技加热法有远红外加热法以及在其基础上发展而来的石英加热、卤素灯微波加热、红外陶瓷加热、激光加热等先进的加热技术。[5]这几类加热法的使用大多通过微机操控各类传感器等先进技术制成水分检测仪，使得水分的检测不再是一个复杂繁琐的过程，而是智能的，放入试样后按下按键就可以等待测试结果通过显示屏显现出来了。但是这种检测相对成本较高，而且对试样也有一定的要求。如激光加热，虽然其加热速度快、效果也好，但是成本太高，所以使用激光加热的很少。

间接检测法是在对检测物不产生较大损坏的检测方法。它通过检测含水生物质的电容、电阻和对光的吸收等方式，对检测的得出的数据进行一系列的计算从而间接得出生物质中水分的含量。间接检测法包括：电容式检测法、化学检测法、电导（阻）检测法、中子检测法、微波检测法、核磁共振法和光学检测法（包含近红外检测法）等。[1]

电容检测法的原理是根据常温下干燥粮食的介电常数为2-4，而水的介电常数约为80，把试样作为电容式水分传感器的极间介质时，试样含水率的变化必将引起介电常数的相对变化，在电容器极板面积和极板间距不变的情况下，可以根据电容值的变化测定出粮食的介电常数值，由此可以推出检测试样的含水量。[1]电导法也是类似，通过测量电阻变化而得出含水量。

中子检测法是利用快速中子被氢原子慢化的刺激反应原理来测定生物质水分含量的。生物中氢原子的量可以决定中子源受高压冲击每秒钟产生的快中子变成慢中子的数量，而氢原子的含量与生物质含水量成一定比例，所以可以以此得出生物质的水分值。[3]

微波检测法又可以分为：透射法、反射法和腔体微扰法。作为极性分子的水在微波场作用下极化，表现出对微波的特殊敏感性。水分子对微波场作用的宏观效果使微波电场能量发生变化，微波接收器拾取的能量变化就反映了水分子的多少，即物料中含水的多少。[6]

核磁共振法的实质就是在一定的条件下，由于原子核自旋重新取向的结果是试样在某一个确定的频率上吸收电磁场的能量。吸收能量的多少与试样中所含的核子数目成比例。基于这个原理来测定试样的水分含量。[7]

光学法以近红外检测法为例。近红外检测法可分为透射法和反射法。但是其原理都是一样的。都是通过水分对一定波长的光的吸收来测定，不同是透射法是通过检测透射过试样的光与原始光强度的变化来检测水分含量，而反射光是通过被反射的光与原始光的强度变化来进行测量。因为光测容易受颜色、表面状态等因素的影响，所以可以通过用另一个不会被水吸收的波长的光作为比较光，增加水分测量的的精确性。