Name: method development for contactless resonant cavity dielectric spectroscopic studies of cellulosic paper
Uploaded: 2019-10-04T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper at JoVE.com

Amerikanske regering Publishing Office og National Institute of Standards and Technology.

1. opsætning af materialer
<ol><li>Registrer alle produktionsoplysninger, der leveres sammen med papir (f. eks. basisvægt, producentens annoncerede PCW-indhold og producentens annoncerede lysstyrke).</li>
	<li>Tag et gennemsnit på ti tykkelse målinger langs et ark fra Ream, ved hjælp af en kaliber.</li>
	<li>Identificer maskinens og tværretningen af arket (dvs. maskinens retning er den lange dimension).</li>
	<li>Ved hjælp af en vinkelmåler identificerer og skærer du papiret langs den ønskede strippen mellem ...

<ol>
	<li>Marinissen, E. J., Zorian, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Test Conference, 2009. ITC 2009. International. , 1-11 (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> TAPPI/ANSI Method T 401 om-15, Fiber analysis of paper and paperboard. , (2015).</li><li>Jablonsky, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+Fibre+Identification+through+Color+Vectors+of+Stained+Fibre.">Cellulose Fibre Identification through Color Vectors of Stained Fibre.</a> BioResources. 10 (3), 5845-5862 (2015).</li><li>El Omari, H., Zyane, A., Belfkira, A., Taourirte, M., Brouillette, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Properties+of+Paper+Made+from+Pulps+Loaded+with+Ferroelectric+Particles.">Dielectric Properties of Paper Made from Pulps Loaded with Ferroelectric Particles.</a> Journal of Nanomaterials. 2016, 1-10 (2016).</li><li>Sahin, H. T., Arslan, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Study+on+Physical+and+Chemical+Properties+of+Cellulose+Paper+Immersed+in+Various+Solvent+Mixtures.">A Study on Physical and Chemical Properties of Cellulose Paper Immersed in Various Solvent Mixtures.</a> International Journal of Molecular Sciences. 9, 78-88 (2008).</li><li>Einfeldt, J., Kwasniewski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Different+Types+of+Cellulose+by+Dielectric+Spectroscopy.">Characterization of Different Types of Cellulose by Dielectric Spectroscopy.</a> Cellulose. 9, 225-238 (2002).</li><li>Zteeman, P. A. M., van Turnhout, J., Kremer, F., Schonhals, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Protperties+of+Inhomogenous+Media.">Dielectric Protperties of Inhomogenous Media.</a> Broadband Dielectric Spectroscopy. , 495-522 (2003).</li><li>Kremer, F., Schonhals, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Broadband Dielectric Spectroscopy. , (2003).</li><li>Fenske, K., Misra, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Materials+at+Microwave+Frequencies.">Dielectric Materials at Microwave Frequencies.</a> Applied Microwave &amp; Wireless. , 92-100 (2000).</li><li>Jonscher, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Relaxation+in+Solids.">Dielectric Relaxation in Solids.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 32 (14), 57-70 (1999).</li><li>Simula, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Dielectric+Properties+of+Paper.">Measurement of Dielectric Properties of Paper.</a> Journal of Imaging Science and Technology. 43 (5), 472-477 (1999).</li><li>Sundara-Rajan, K., Byrd, L., Mamishev, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+Content+Estimation+in+Paper+Pulp+Using+Fringing+Field+Impedance+Spectroscopy.">Moisture Content Estimation in Paper Pulp Using Fringing Field Impedance Spectroscopy.</a> TAPPI Journal. 4 (2), 23-27 (2005).</li><li>Williams, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+Leveling+in+Paper,+Wood,+Textiles+and+Other+Mixed+Dielectric+Sheets.">Moisture Leveling in Paper, Wood, Textiles and Other Mixed Dielectric Sheets.</a> The Journal of Microwave Power. 1 (3), 73-80 (1966).</li><li>Kombolias, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-Destructive+Analysis+of+Printing+Substrates+via+Resonant+Cavity+Broadband+Dielectric+Spectroscopy.">Non-Destructive Analysis of Printing Substrates via Resonant Cavity Broadband Dielectric Spectroscopy.</a> 254th American Chemical Society National Meeting. , (2017).</li><li>Kombolias, M., Obrzut, J., Montgomery, K., Postek, M., Poster, D., Obeng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Biological+Material+Evolution+and+Application+to+Paper.">Dielectric Spectroscopic Studies of Biological Material Evolution and Application to Paper.</a> TAPPI Journal. 17 (9), 501-505 (2018).</li><li>Kombolias, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Biological+Material+Evolution+and+Application+to+Paper.">Broadband Dielectric Spectroscopic Studies of Biological Material Evolution and Application to Paper.</a> PaperCon 2018. , (2018).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basics+of+Measuring+the+Dielectric+Properties+of+Materials.">Basics of Measuring the Dielectric Properties of Materials.</a> Keysight Technologies. 5989-2589, (2017).</li><li>Orloff, N. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Characterization+by+Microwave+Cavity+Perturbation+Corrected+for+Nonuniform+Fields.">Dielectric Characterization by Microwave Cavity Perturbation Corrected for Nonuniform Fields.</a> IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 62 (9), 2149-2159 (2014).</li><li>Obrzut, J., Emiroglu, C., Kirilov, O., Yang, Y., Elmquist, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Conductance+of+Graphene+from+Non-Contact+Resonant+Cavity.">Surface Conductance of Graphene from Non-Contact Resonant Cavity.</a> Measurement. 87, 146-151 (2016).</li><li>IEC. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomanufacturing-Key+control+characteristics+-+Part+6-4:+Graphene+-+Surface+conductance+measurement+using+resonant+cavity.">Nanomanufacturing-Key control characteristics - Part 6-4: Graphene - Surface conductance measurement using resonant cavity.</a> International Electrotechnical Commission: 2016. , (2016).</li><li>Thomas, J., Idris, N. A., Collings, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pontamine+Fast+Scarlet+4B+Bifluorescence+and+Measurement+of+Cellulose+Microfibril+Angles.">Pontamine Fast Scarlet 4B Bifluorescence and Measurement of Cellulose Microfibril Angles.</a> Journal of Microscopy. 268 (1), 13-27 (2017).</li><li>Anderson, C. T., Carroll, A., Akhmetova, L., Somerville, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-Time+Imaging+of+Cellulose+Reorientation+during+Cell+Wall+Expansion+in+Arabdopsis+roots.">Real-Time Imaging of Cellulose Reorientation during Cell Wall Expansion in Arabdopsis roots.</a> Plant Physiology. 152, 787-796 (2010).</li><li>Osaki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quick+Determination+of+Dielectric+Anisotropy+of+Paper+Sheets+by+Means+of+Microwaves.">Quick Determination of Dielectric Anisotropy of Paper Sheets by Means of Microwaves.</a> Journal of Applied Polymer Science. 37, 527-540 (1989).</li><li>Osaki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwaves+Quickly+Determine+the+Fiber+Orientation+of+Paper.">Microwaves Quickly Determine the Fiber Orientation of Paper.</a> TAPPI Journal. 70, 105-108 (1987).</li><li>Kombolias, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+Dielectric+Spectroscopic+Studies+of+Cellulosic+Paper+Aging.">Broadband Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper Aging.</a> TAPPI Journal. 17 (9), (2018).</li><li>Einfeldt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Dielectric+Relaxation+Spectroscopy+to+the+Characterization+of+Cellulosic+Fibers.">Application of Dielectric Relaxation Spectroscopy to the Characterization of Cellulosic Fibers.</a> Chemical Fibers International. 51, 281-283 (2001).</li><li>Driscoll, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Dielectric+Properties+of+Paper+and+Board+and+Moisture+Profile+Correction+at+Radio+Frequency.">The Dielectric Properties of Paper and Board and Moisture Profile Correction at Radio Frequency.</a> Paper Technology and Industry. 17 (2), 71-75 (1976).</li><li>Havlinova, B., Katuscak, S., Petrovicova, M., Makova, A., Brezova, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Study+of+Mechanical+Properties+of+Papers+Exposed+to+Various+Methods+of+Accelerated+Ageing.+Part+I.+The+Effect+of+Heat+and+Humidity+on+Original+Wood-Pulp+Papers.">A Study of Mechanical Properties of Papers Exposed to Various Methods of Accelerated Ageing. Part I. The Effect of Heat and Humidity on Original Wood-Pulp Papers.</a> Journal of Cultural Heritage. 10, 222-231 (2009).</li><li>Zieba-Palus, J., Weselucha-Birczynska, A., Trzcinska, B., Kowalski, R., Moskal, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Degraded+Papers+by+Infrared+and+Raman+Spectroscopy+for+Forensic+Purposes.">Analysis of Degraded Papers by Infrared and Raman Spectroscopy for Forensic Purposes.</a> Journal of Molecular Structure. 1140, 154-162 (2017).</li><li>Capitani, D., Di Tullio, V., Proietti, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+Magnetic+Resonance+to+Characterize+and+Monitor+Cultural+Heritage.">Nuclear Magnetic Resonance to Characterize and Monitor Cultural Heritage.</a> Progress in Nuclear Resonance Spectroscopy. 64, (2012).</li><li>Bajpai, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Recycling and deinking of recovered paper. 1st edn. , (2014).</li><li>Fernandes Diniz, J. M. B., Gil, M. H., Castro, J. A. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hornification-its+origin+and+interpretation+in+wood+pulps.">Hornification-its origin and interpretation in wood pulps.</a> Wood Science and Technology. 37, 489-494 (2004).</li><li>Cao, B., Tschirner, U., Ramaswamy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+pulp+chemical+composition+on+recycling.">Impact of pulp chemical composition on recycling.</a> TAPPI Journal. 81 (12), 119-127 (1998).</li><li>Saukkonen, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+the+carbohydrate+composition+of+bleached+kraft+pulp+on+the+dielectric+and+electrical+properties+of+paper.">Effect of the carbohydrate composition of bleached kraft pulp on the dielectric and electrical properties of paper.</a> Cellulose. 22 (2), 1003-1017 (2015).</li><li>Wu, B., Taylor, C. M., Knappe, D. R. U., Nanny, M. A., Barlaz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+Controlling+Alkylbenzene+Sorption+to+Municipal+Solid+Waste.">Factors Controlling Alkylbenzene Sorption to Municipal Solid Waste.</a> Environmental Science &amp; Technology. 35 (22), 4569-4576 (2001).</li><li>Ho, R., Mai, K. W., Horowitz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+future+of+wires.">The future of wires.</a> Proceedings of the IEEE. 89 (4), 490-504 (2001).</li><li>Aoki, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Evaluation+of+back+end+of+line+structures+underneath+wirebond+pads+in+ultra+low-k+device.">In Evaluation of back end of line structures underneath wirebond pads in ultra low-k device.</a> Electronic Components and Technology Conference (ECTC), IEEE 62nd. , 1097-1102 (2012).</li><li>Rantanen, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identificaiton+of+Secondary+Fiber+in+Paper.">Identificaiton of Secondary Fiber in Paper.</a> Progress in Paper Recycling. , 77-79 (1994).</li><li>Topol, A. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+integrated+circuits.">Three-dimensional integrated circuits.</a> IBM Journal of Research and Development. 50 (4.5), 491-506 (2006).</li><li>Jones, K., Benson, S., Roux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+forensic+analysis+of+office+paper+using+carbon+isotope+ratio+mass+spectrometry+-+Part+1:+Understanding+the+background+population+and+homogeneity+of+paper+for+the+comparison+and+discrimination+of+samples.">The forensic analysis of office paper using carbon isotope ratio mass spectrometry - Part 1: Understanding the background population and homogeneity of paper for the comparison and discrimination of samples.</a> Forensic Science International. 231, 354-363 (2013).</li><li>Jones, K., Benson, S., Roux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+forensic+analysis+of+office+paper+using+oxygen+isotope+ratio+mass+spectrometry.+Part+1:+Understanding+the+background+population+and+homogeneity+of+paper+for+the+comparison+and+discrimination+of+samples.">The forensic analysis of office paper using oxygen isotope ratio mass spectrometry. Part 1: Understanding the background population and homogeneity of paper for the comparison and discrimination of samples.</a> Forensic Science International. 262, 97-107 (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycled+Paper+Research+at+the+Library+of+Congress.">Recycled Paper Research at the Library of Congress.</a> Library of Congress. , (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TAPPI+550+om-13:+Determination+of+Equilibrium+Moisture+in+Pulp,+Paper+and+Paperboard+for+Chemical+Analysis.">TAPPI 550 om-13: Determination of Equilibrium Moisture in Pulp, Paper and Paperboard for Chemical Analysis.</a> TAPPI. , (2013).</li></ol>

Vi har vist andetsteds, at tilstedeværelsen af ligninindhold af fibre ændrer betydeligt den dielektriske opførsel af fremstillede papirer15. Speciation er ikke kun vigtigt i QA/QC afprøvning af moderne papirer, men af stor interesse i studiet af historiske papirer, som hovedsagelig blev fremstillet af ikke-træ plantekilder, såsom bambus, hamp, hør, og papyrus. Som vist i figur 7, kan vores teknik skelne mellem ikke-træ plantekilder (100% bomuld papir versus 90...

Papir er et sheeted, heterogene, fremstillede produkt består af celluloseholdige fibre, størrelses stoffer, uorganiske fyldstoffer, farvestoffer, og vand. Cellulose fibrene kan stamme fra en række plantekilder; råmaterialet nedbrydes derefter gennem en kombination af fysiske og/eller kemiske behandlinger for at producere en brugbar Pulp bestående primært af cellulosefibre. Cellulose i papir produktet kan også inddrives sekundær, eller genanvendt fiber1. TAPPI metode T 401, "fiber analyse af papir og pap," er i øjeblikket den nyeste metode til at identificere fibertyper og deres nøgletal til stede i en papir prøve og udnyttes af mange samfund2. Det er en manual, kolorimetrisk teknik, der er afhængig af den visuelle skarphed af en specielt uddannet menneskelig analytiker til at skelne de grundlæggende fibertyper af en papir prøve. Desuden er prøveforberedelsen til TAPPI 401-metoden omstændelig og tidskrævende, hvilket kræver fysisk ødelæggelse og kemisk nedbrydning af papir prøven. Farvning med specielt ordinerede reagenser gengiver fiber prøverne under påvirkning af oxidering, hvilket gør det vanskeligt at arkivere prøver til konservering eller prøve bankvirksomhed. Resultaterne fra TAPPI metode T 401 er således genstand for menneskelig fortolkning og er direkte afhængige af den visuelle vurdering af en individuel analytiker, som varierer på grundlag af den enkeltes erfarings-og uddannelsesniveau, hvilket fører til iboende fejl ved sammenligning af resultater mellem og inden for prøvens sæt. Flere kilder til unøjagtigheder og unøjagtighed er til stede samt3. Desuden er TAPPI-metoden ikke i stand til at bestemme mængden af sekundær fiber eller den relative alder af papir prøver4,5.
I modsætning hertil giver resonans kavitets dielektriske spektroskopi (RCDS) teknik, som vi beskriver i denne artikel, analytiske egenskaber, der er velegnede til papir undersøgelser. Dielektrisk spektroskopi sonker afslapnings dynamikken af dipoler og mobile Charge bærere inden for en matrix som reaktion på hurtigt skiftende elektromagnetiske felter, såsom mikrobølger. Dette indebærer Molekylær rotations omlægning, hvilket gør RCD'ER særligt velegnede til at undersøge dynamikken i molekyler i lukkede rum, såsom det vand adsorbede på cellulose fibrene, der er indlejret i et ark papir. Ved at bruge vand som sonde molekyle kan RCD'ER samtidig udtrække oplysninger om det kemiske miljø og den fysiske kropsbygning af cellulose polymeren.
Det kemiske miljø af cellulose fibrene har indflydelse på omfanget af brint binding med vandmolekyler, og dermed den lette bevægelse som reaktion på de svingende elektromagnetiske felter. Det celluloseholdige miljø bestemmes dels af koncentrationerne af Hemicellulose og lignin i papir analytten. Hemicellulose er en hydrofile forgrenet polymer af pentoser, mens lignin er en hydrofobe, tværbundet, phenolpolymer. Mængden af Hemicellulose og lignin i en papir fiber er en konsekvens af papirfremstilling proces. Adsorbede vand i papir skillevægge mellem de hydrofile sites, og hydrogen binding i cellulose polymer, især med adsorbede vand molekyler, påvirker niveauet af kryds bindingen inden for cellulose struktur, niveauet af polarizabilitet og arkitekturen af porer i cellulose polymeren5. Den totale dielektriske respons af et materiale er en vektor sum af alle de dipol øjeblikke i systemet og kan skelnes via dielektrisk spektroskopi gennem brug af effektive medium teorier6,7. Tilsvarende er kapacitansen af et dielektrisk materiale omvendt proportional med dets tykkelse; Derfor resonans hulrum dielektrisk spektroskopi er ideel til at studere prøve-til-prøve tykkelse reproducerbarhed af ultra-tynde film materialer såsom papir8,9,10. Mens der er en betydelig mængde arbejde vedrørende brugen af dielektriske spektroskopi teknikker til at studere træ og celluloseprodukter, omfanget af disse undersøgelser har været begrænset til papir fremstillingbarhed spørgsmål11,12 ,13. Vi har udnyttet den anisotropiske karakter af papir til at demonstrere anvendelsen af RCD'er til afprøvning af papir ud over fugt og mekaniske egenskaber14,15,16 og for at vise, at det giver numeriske data, der kan anvendes i kvalitetssikringsteknikker såsom måler kapacitets undersøgelser og realtids statistisk proceskontrol (SPC). Metoden har også iboende kriminaltekniske kapaciteter og kan bruges til kvantitativt at konfrontere miljømæssige bæredygtighedsproblemer, støtte økonomiske interesser og afsløre ændrede og forfalskede dokumenter.
Resonans hulrum dielektrisk spektroskopi (RCDS) teori og teknik RCDS er en af flere dielektriske spektroskopi teknikker til rådighed17; Det blev valgt specifikt, fordi det er ikke-kontakt, ikke-destruktiv, og eksperimentelt enkel i forhold til andre metoder til dielektrisk spektroskopi. I modsætning til andre analytiske teknikker, der anvendes til at undersøge papirets egenskaber, eliminerer RCD'ER behovet for duplikerede sæt af målinger, der skal tages i betragtning for de to sider af et prøveark18. Resonanten mikrobølge hulen teknik har den fordel at være følsom over for både overfladen og bulk ledningsevne. F. eks. bestemmes overflade ledning af et prøvemateriale ved at spore en ændring af hulrummets Kvalitetsfaktor (Q-faktor), da et præparat gradvis indsættes i hulrummet i kvantitativ korrelation med enhedens volumen18 ,19,20. Ledningsevne kan opnås ved blot at dividere overflade konduktivitet med prøve tykkelsen. Overfladen ledning af et tyndt, sheeted materiale som papir fungerer som en proxy for dielektriske profil af et materiale under test (MUT), da det er direkte proportional med dielektrisk tab, ε ", af Mut18,19, 20. dielektrisk tab er en indikation af, hvor meget varme spredes af et dielektrisk materiale, når et elektrisk felt påføres på tværs af det; materialer med større konduktiv vil have en højere dielektrisk tab værdi end mindre ledende materialer.
Eksperimentelt, det dielektriske tab, ε ", forbundet med enhedens overflade ekstraheres fra hastigheden af fald i kavitets resonans kvalitet faktor (Q) (dvs. energulab), med stigende volumen af prøve19. Q bestemmes ved resonansfrekvensen f fra den 3 dB bredde, Δf, af resonans toppen ved resonansfrekvensen f, Q = Δf /f. Denne forbindelse er kvantitativt korreleret med hældningen af linjen givet ved ligning 1 nedenfor, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq1.jpg"> hvor repræsenterer forskellen mellem den gensidige af q-faktor af prøven fra Q-faktor af den tomme hulrum, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq2.jpg"> er forholdet mellem mængden af den indsatte prøve til volumenet af det tomme hulrum og linje skæringspunktet, b ", tegner sig for det ikke-ensartede felt i prøven, som vist i figur 119.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59991/59991eq3.jpg">(Ligning 1)
I denne artikel illustrerer vi den brede nytte af denne teknik ved at bestemme forholdet mellem fiber arter (speciation), bestemmelse af den relative alder af naturligt og kunstigt alderen papirer, og kvantificere det genvundne fiberindhold i hvid kontor kopimaskine papir analytter. Mens RCDS teknik kan være egnet til at studere andre emner, såsom aldring spørgsmål i papir isolering i elektriske apparater, sådanne undersøgelser er uden for rammerne af det nuværende arbejde, men ville være interessant at forfølge i fremtiden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1091px;" width="1091">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">commercially produced colored office paper&#160;</td>
			<td style="width:255px;">Neenah Paper</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:352px;">Purchased from Staples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">Q-Lab QUV accelerated weathering chamber</td>
			<td>Q-Lab Corporation, Westlake, OH</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">X-Rite eXact&#160;</td>
			<td>X-Rite, Inc., Grand Rapids, MI</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Agilent N5225A network analyzer&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies, Santa Rosa, CA</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:323px;">WR90 rectangular waveguide&#160;</td>
			<td>Agilent Technologies, Santa Rosa, CA</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>R 100 (a = 10.16 mm, b = 22.86 mm, lz =127.0mm)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:323px;">JMP data analysis software</td>
			<td style="width:255px;">SAS, Cary, NC</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

method development for contactless resonant cavity dielectric spectroscopic studies of cellulosic paper

De nuværende analytiske teknikker til karakterisering af trykning og grafisk kunst substrater er stort set ex situ og destruktiv. Dette begrænser mængden af data, der kan indhentes fra en enkelt prøve og gør det vanskeligt at producere statistisk relevante data for unikke og sjældne materialer. Resonans hulrum dielektrisk spektroskopi er en ikke-destruktiv, kontaktløs teknik, der samtidig kan afhøre begge sider af et sheeted materiale og give målinger, der er egnede til statistiske fortolkninger. Dette giver analytikere mulighed for hurtigt at skelne mellem sheeted materialer baseret på sammensætning og opbevaring historie. I denne metode artikel, viser vi, hvordan kontaktfri resonans hulrum dielektrisk spektroskopi kan anvendes til at skelne mellem papir analytter af varierende fiber arter sammensætninger, at bestemme den relative alder af papiret, og til at detektere og kvantificere mængden af genanvendt fiberindhold efter forbruger affald (PCW) i forarbejdet kontor papir.

Begrundelse for at vælge 60 ° Strip vinkel Den afskårne retning af prøve prøven påvirker størrelsen af det dielektriske respons, som vist på grafen i figur 2. I de indledende eksperimenter, blev teststrimler skåret fra ortogonale vinkler af arket, som er standardpraksis for måling af fysiske egenskaber i papir videnskab; men strimler skåret fra ikke-ortogonale vinkler langs papiret ark har givet den største opløsning mellem papirtyper, især i 45 ° og 60 ° ...

Watch this Scientific Journal Video about Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper at JoVE.com

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

En protokol til ikke-destruktiv analyse af fiberindholdet og den relative alder af papir.

Metodeudvikling for kontaktfri resonans hulrum dielektriske spektroskopiske undersøgelser af celluloseholdigt papir

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Denne metode giver en objektiv, maskine-repeterbare alternativ til at udføre traditionelle fiber analyse af papir, og det overstiger de metrologiske grænser for traditionelle fiber analyse. I modsætning til traditionel fiber analyse, er det hurtig, kontaktløs, ikke-ødelæggende, og kræver ingen specialiseret uddannelse, er heller ikke afhængig af den visuelle skarphed af en individuel analytiker. Optag alle produktionsoplysninger, der leveres med papiraffald, f.eks.Bær handsker, og udføre håndtering med en pincet for at undgå krølle og forurene papiret prøver. Tag et gennemsnit på 10 tykkelse målinger langs et ark fra ream, ved hjælp af en caliper. Identificer maskinen og krydsretninger af arket.Ved hjælp af en vinkelmåler skal du identificere og klippe papiret langs den ønskede strimmelvinkel mellem maskinen og krydse retninger. Ved hjælp af en roterende fræser, skive prøve strimler 0,5 centimeter bred med otte centimeter lang i målretningen for prøven. Mærk prøver fra den ene ende, og opbevar mellem glasmikroskopiglas.Opbevares under kvælstofatmosfære indtil testning. Udfør test af accelereret papirudtoning som beskrevet i tekstprotokollen. Skær prøve strimler ud af de lagrede papirprøver til at passe resonans hulrum.Det typiske prøveområde er 0,5 centimeter med otte centimeter. Den resonans hulrum test armatur består af en luftfyldt standard WR-90 rektangulær waveguide. Optag temperaturen og den relative luftfugtighed.Tag den indledende læsning af kvalitetsfaktoren, Q-naught, og resonansfrekvensen, f-intet, af det tomme hulrum. Placer nu prøven, der er fastgjort i prøveholderen over åbningen, midt i hulrummet. Under målingerne indsættes prøven i hulrummet gennem åbningen i trin med stigende volumen, hvor volumenet er lig med højden af den indsatte prøve, gange prøvebredden gange prøvetykkelsen gange prøvetykkelsen.Ved hjælp af Vernier-kaliaderen på prøvemonteringen indsættes prøven i hulrummet med intervaller på 50 mikron. Tag aflæsninger af kvalitetsfaktoren og resonansfrekvensen ved hvert trin, indtil prøven er blevet sænket 10 millimeter ind i hulrummet. Træk prøven tilbage fra interiøret med de samme intervaller på 50 mikron.Der aflæsning af kvalitetsfaktoren og resonansfrekvensen, indtil prøven er trukket helt tilbage. Opbevar prøven mellem glasdias, og vend dem tilbage til nitrogenatmosfæren. Papirprøvernes dielektriske tab opnås fra perturbations hældningen.Prøveemnets snitretning påvirker omfanget af det dielektriske respons. En sammenligning af dielektrisk respons efter strimmel vinkel er vist for jomfru, som modtaget, blå, 24-pund kontorpapir før og efter UV fading i 169 timer. Strimler, der er skåret fra ikke-ortogonale vinkler langs papirarket, har givet den største opløsning mellem papirtyper, især i 45-graders og 60 graders retning.Dielektrisk tab profiler af bomuld-holdige obligation papirer indkøbt af den amerikanske forbundsregering ved hjælp af 60-graders strimler viser, at forskellige koncentrationer af bomuldsfibre kan skelnes. Resultaterne af test 100% bomuld obligation papir indkøbt af den føderale regering blev sammenlignet med 46% relativ luftfugtighed og 49% relativ luftfugtighed. Efter 169 timers UV-accelereret aldring, nedbrydningen af cellulose polymer er mærkbar som den gennemsnitlige dielektriske tab værdier var faldet for både jomfru og genanvendt sorter.Det er bemærkelsesværdigt, at teknikken kan skelne mellem de jomfruelige og genanvendte materialer, selv efter den accelererede aldringsperiode. En kontur plot-baseret lineær regression pasform viser dielektrisk tab af hvide kontor kopimaskine papir baseret på producentens annoncerede lysstyrke og genanvendt affald papir indhold af analysander. Det vigtigste at huske, når du forsøger denne procedure er at opretholde konsekvent laboratorietemperatur og fugtighed betingelser.Denne metode har store løfter og direkte nytte ikke kun til papirmasse og papirindustrien, men også for at sikre legitimationsoplysninger fremstilling, forensics, toldhåndhævelse, og arkæologi og bevarelse videnskab.

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Konstruktion og karakterisering af eksterne Cavity Diode lasere til Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Real-Time DC-dynamisk Prioritering Metode til Switching Time Forbedring Alvorligt Underdamped Fringing-felt Elektrostatiske MEMS aktuatorer

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Fremstillingen af ​​elektrohydrodynamisk Bridges fra Polar Dielektriske Væsker

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Fabrication Processen med silikone-baserede Dielektriske Elastomer aktuatorer

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

Karakterisering af komplet sæt Materiale konstanter og deres temperatur Afhængighed for piezoelektriske materialer Brug Resonant Ultralyd spektroskopi

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Spektroskopisk Boundary Layer Undersøgelse under ablative Material Testing i PlasmaTron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk Trap Loading af Dielektrisk mikropartikler i Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Fabrikation af 1-D Photonic Crystal Cavity på en Nanofiber Brug Femtosekund Laser-induceret Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Dielectric RheoSANS ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Dielektriske RheoSANS - Samtidig Forespørgsel, Impedans, Rheology og Small Angle Neutron Scattering af væsker

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

Fabrikation af en optisk celle tørretumbler for spektroskopisk analyse celler

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...