Анализ ИК спектрограмм древесины методом моделирования формы полос поглощения

Аннотация

В работе рассматривается проблема разделения полос поглощения в ИК-спектрограммах такого полимерного композита, как природная древесина при анализе изменения его влажности. Использование известных программных пакетов при анализе такого композита как природная древесина не приносит необходимого эффекта, поскольку размытость пиков вызвана не высоким уровнем шумов, а многокомпонентностью и нерегулярностью составляющих.

Целью данной работы является демонстрация возможностей формализованного моделирования при разделении полос в ИК-спектрограмме природной древесины после увлажнения образцов. В качестве данных эксперимента использовались ИК-спектры микротомных срезов натуральной древесины сосны толщиной 140-150 мкм. Образцом сравнения был атмосферный воздух в измерительной камере при комнатных условиях, спектр которого определялся непосредственно перед каждым экспериментом. Исследования проводили с помощью инфракрасного Фурье-спектрометра ФСМ 2201 производства ООО «Инфраспек» (Россия, Санкт-Петербург).

Разделение полос поглощения осуществлялось методом моделирования их формы функцией нормального распределения с двумя параметрами: максимальной величиной относительной интенсивности и дисперсией. Для определения параметров использовался метод минимизации среднеквадратичного отклонения. Возможности метода в статье демонстрируются при анализе изменения относительной интенсивности двугорбой полосы в области 2360-2330 обратных сантиметров в ИК-спектрограмме древесины до и после увлажнения.

Результаты моделирования показали, что понижение интенсивности на исследуемом участке спектрограммы после увлажнения сопровождается выравниванием и снижением интенсивности этих полос. Это выравнивание и снижение косвенно указывает уменьшение количество молекул СО2 в порах древесины, а, следовательно, на увеличение в них концентрации молекул воды после выдерживания в бюксе. Этот вывод подтверждается наблюдаемым увеличением интенсивности полосы поглощения, соответствующей концентрации связной воды в порах. Таким образом моделирование полос поглощения позволяет определить количественно по изменению интенсивности полос относительное изменение концентрации молекул воды, а, следовательно, однозначно определить уровень изменения влажности древесины. Подобный метод позволяет конкретизировать механизмы влагопереноса в микропорах древесины и приводит к возможности прогнозирования получения материала с заданными гидрофобными и диэлектрическими свойствами.