一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法及其应用技术

本发明专利技术属于木材水分分析技术领域，提供了一种测量木材吸湿平衡或解吸平衡时细胞壁自由水含量的方法及其应用。本发明专利技术提供的方法以平衡木材(含水率≤25％的木材、解吸平衡的木材或吸湿平衡的木材)为测定基准，由于平衡木材细胞腔中不存在自由水，所以可以通过测量核磁共振纵向弛豫时间数据，再利用细胞壁和细胞腔结合水与细胞壁自由水的纵向弛豫时间不同从而区分出细胞壁自由水。利用公式1，基于纵向弛豫时间数据对细胞壁自由水进行量化，进而得到平衡木材中细胞壁自由水的含量。本发明专利技术通过严格设定测定平衡木材的纵向弛豫时间T1数据的参数，保证能够得到准确的测定结果。保证能够得到准确的测定结果。

【技术实现步骤摘要】
一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及木材水分分析
，尤其涉及一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法及其应用。

技术介绍

[0002]木材科学传统理论认为木材细胞壁中的水分是结合水，不存在自由水。Nakamura等人(1981)和Berthold等人(1996)利用差示扫描量热仪区分了木材细胞壁中的结合水包含可冻结结合水和不可冻结结合水。更多的时域核磁共振二维实验表明：木材细胞壁中含有两种水分状态。现有的参考文献大部分通过横向弛豫时间测量木材细胞壁和细胞腔中的水分含量，并将细胞壁中的水分含量认为是木材内部的结合水，将细胞腔中的水分含量认为是木材内部的自由水。之所以通过横向弛豫时间进行木材内部水分的测量，是因为细胞腔中的水分横向弛豫时间长，而细胞壁中的水分弛豫时间短，其数据易于解释。而纵向弛豫时间描述的是自旋系统与周围环境进行能量交换的过程，其数据组成复杂，难于分析，所以很少有文献对纵向弛豫时间进行测量和分析。
[0003]Zhang和Balcom等(Zhang,M.,Balcom,B.J.(2022)Magnetic Resonance Microscopy.Instrumentation and Applications in Life Science and Energy Research Engineering,"Magnetic Resonance Studies of Water in Wood Materials",Wiley
‑
VCH Weinheim.)基于核磁共振弛豫理论，提出木材细胞壁中同时存在结合水和自由水，细胞壁的结合水应该是细胞壁孔隙内表面的水分；而细胞壁孔隙中间的水分，即未和木材细胞壁主成分接触的水分，是自由水；并且认为木材细胞腔内表面的水分按照性质属于结合水。但是，由于细胞壁结合水的横向弛豫时间和细胞壁孔隙中自由水横向弛豫时间很接近，所以，无法区分细胞壁的结合水和自由水；导致细胞壁的自由水含量无法测量。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法及其应用。本专利技术提供的方法能够准确测量平衡木材的细胞壁自由水含量，解决了细胞壁中自由水含量无法测量的难题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法，包括以下步骤：
[0007]提供平衡木材；所述平衡木材包括含水率≤25％的木材、解吸平衡的木材或吸湿平衡的木材；
[0008]测定所述平衡木材的纵向弛豫时间T1数据；按照公式1对所述纵向弛豫时间T1数据进行拟合，得到T11值及其量值A11、T12值及其量值A12；其中T11<T12；
[0009][0010]公式1中：S(t)是反转恢复脉冲序列获得的信号，Ti是第i个水分组分的纵向弛豫
时间，单位是秒；Ai表示第i个水分组分的量值，ti是反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔，单位是秒；ε(t)是噪音信号；
[0011]测定所述平衡木材的平衡重量W2和绝干质量W1；
[0012]利用公式2计算得到平衡木材的细胞壁自由水含量：
[0013]Wf＝(W2
‑
W1)A11/(A11+A12)
ꢀꢀ
公式2；
[0014]公式2中：Wf是细胞壁自由水含量，重量单位为克；W2为平衡木材的平衡重量，单位为克；W1为平衡木材的绝干重量，单位为克；
[0015]所述测定平衡木材的纵向弛豫时间T1数据的参数包括：采用反转恢复脉冲序列；扫描次数为2
n
次，2≤n≤8；循环延迟时间为1～2s；反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔为1ms～3000ms；采样点为16～32个，所述采样点成对数等距分布。
[0016]优选地，所述解吸平衡的木材的获取方法包括以下步骤：
[0017]将原始木材进行解吸平衡，得到所述解吸平衡的木材；
[0018]所述解吸平衡的温度为5～80℃，相对湿度为30～99.99％。
[0019]优选地，所述吸湿平衡的木材的获取方法包括以下步骤：
[0020]将所述解吸平衡的木材进行吸湿平衡，得到所述吸湿平衡的木材；
[0021]所述吸湿平衡的温度为5～80℃；相对湿度为30～99.99％。
[0022]优选地，所述吸湿平衡的木材的获取方法包括以下步骤：
[0023]将原始木材进行绝干处理，得到绝干木材；所述绝干的温度为100～105℃；
[0024]将所述绝干木材进行吸湿平衡，得到所述吸湿平衡的木材；所述吸湿平衡的温度为5～80℃；相对湿度为30～99.99％。
[0025]优选地，还包括：利用公式3得到细胞壁和细胞腔结合水含量：
[0026]Wb＝(W2
‑
W1)A12/(A11+A12)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3；
[0027]公式3中，Wb是细胞壁和细胞腔结合水含量，重量为克；W2为平衡木材的重量，单位为克；W1为绝干木材的重量，单位为克。
[0028]本专利技术还提供了上述技术方案所述的测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法在测定平衡亲水孔隙材料中自由水含量的应用。
[0029]优选地，所述平衡亲水孔隙材料包括吸湿平衡亲水孔隙材料或解吸平衡亲水孔隙材料。
[0030]本专利技术提供了一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法，包括以下步骤：提供平衡木材；所述平衡木材包括含水率≤25％的木材、解吸平衡的木材或吸湿平衡的木材；
[0031]测定所述平衡木材的纵向弛豫时间T1数据；按照公式1对所述纵向弛豫时间T1数据进行拟合，得到T11值及其量值A11、T12值及其量值A12；其中T11<T12；
[0032][0033]公式1中：S(t)是反转恢复脉冲序列获得的信号，Ti是第i个水分组分的纵向弛豫时间，单位是秒；Ai表示第i个水分组分的量值，ti是反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔，单位是秒；ε(t)是噪音信号；
[0034]测定所述平衡木材的平衡重量W2和绝干质量W1；
[0035]利用公式2计算得到平衡木材的细胞壁自由水含量：
[0036]Wf＝(W2
‑
W1)A11/(A11+A12)
ꢀꢀ
公式2；
[0037]公式2中：Wf是细胞壁自由水含量，重量单位为克；W2为平衡木材的平衡重量，单位为克；W1为平衡木材的绝干重量，单位为克；
[0038]所述测定平衡木材的纵向弛豫时间T1数据的参数包括：采用反转恢复脉冲序列；扫描次数为2
n
次，2≤n≤8；循环延迟时间为1～2s；反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔为1ms～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量平衡木材的细胞壁自由水含量的方法，包括以下步骤：提供平衡木材；所述平衡木材包括含水率≤25％的木材、解吸平衡的木材或吸湿平衡的木材；测定所述平衡木材的纵向弛豫时间T1数据；按照公式1对所述纵向弛豫时间T1数据进行拟合，得到T11值及其量值A11、T12值及其量值A12；其中T11<T12；公式1中：S(t)是反转恢复脉冲序列获得的信号，Ti是第i个水分组分的纵向弛豫时间，单位是秒；Ai表示第i个水分组分的量值，ti是反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔，单位是秒；ε(t)是噪音信号；测定所述平衡木材的平衡重量W2和绝干质量W1；利用公式2计算得到平衡木材的细胞壁自由水含量：Wf＝(W2
‑
W1)A11/(A11+A12)
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公式2；公式2中：Wf是细胞壁自由水含量，重量单位为克；W2为平衡木材的平衡重量，单位为克；W1为平衡木材的绝干重量，单位为克；所述测定平衡木材的纵向弛豫时间T1数据的参数包括：采用反转恢复脉冲序列；扫描次数为2
n
次，2≤n≤8；循环延迟时间为1～2s；反转恢复脉冲序列中信号开始激发到其中一个回波之间的时间间隔为1ms～3000ms；采样点为16～32个，所述采样点成对数等距分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，刘文静，赵芝弘，谭蕊，王斌，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：