專利名稱：造紙纖維圖像測量方法
技術領域：
本發明涉及造紙技術領域，尤其是一種造紙纖維的長度、寬度、壁腔尺寸、纖維組 成的測量方法。
背景技術：
造紙纖維在不同的原料和不同的處理工藝時具有不同的微觀形態，它們對紙張的 性質有著重要影響。草類和闊葉木纖維平均長度小于1毫米，針葉木纖維平均長度2至4 毫米，其寬度約20至100微米；造紙用棉纖維和韌皮植物纖維約長數毫米至10多毫米，寬 度約10至20微米，人眼不易觀看。我國過去測量纖維形態指標主要依靠顯微鏡或顯微投 影儀把纖維放大或投影到投影屏上，然后人工在顯微鏡或投影屏上用測微尺或某種專用尺 進行測量，該方法耗時多，工作量大，人為誤差較大，因此在很多情況下，人們不能及時而準 確地對造紙纖維的形態進行測量，不能及時了解和掌握造紙纖維原料在制漿和造紙過程中 其形態的變化情況。在國外，芬蘭Kajaani電子技術公司的FS型造紙纖維分析儀，加拿大制漿造紙研 究所等聯合開發的FQA纖維分析儀，瑞典生產的L&W纖維自動分析儀等都是把造紙纖維稀 釋到很稀的水懸浮液后用微型機械泵送經一毛細管或一狹縫，然后用光電二極管感應或用 數碼攝像機對通過毛細管或狹縫的纖維進行快速拍照，再由微型計算機對獲取的信息或拍 照的圖像進行數據處理，得出纖維的長度和寬度值。此類測量儀器測量速度快，數分鐘內測 量造紙纖維數千根。但這些儀器僅能測量造紙纖維的長度、寬度和彎曲指數，不能清晰觀察 纖維的形態，不能測量不同纖維漿料的纖維配比、纖維分絲帚化、壁腔比等造紙纖維的質量 指標，且儀器價格要人民幣60-100萬元左右。2005年清華大學汪家道在其專利CN1264823A中提出的纖維的測量方法，主要用 于測量紡織纖維。由于造紙纖維試片中有大量交叉的纖維，故不適用，同時該方法也不能測 量造紙纖維的其他一些常用特性指標如打漿帚化度，壁腔比，原料中不同種類混合纖維的 組成比例，紙漿中非纖維細胞的含量比例等。
發明內容
針對以上現有的造紙纖維形態的測量和分析方法的不足，本發明的目的是提供一 種新的造紙纖維圖像測量方法。本發明的目的是通過采用以下技術方案來實現的一種造紙纖維圖像測量方法， 其特征是提供一造紙纖維分析儀，該造紙纖維分析儀包括一生物顯微鏡、一安裝在該生物 顯微鏡目鏡位置的數碼攝像機、一微型計算機、與微型計算機連接的顯示器及設置于微型 計算機內的造紙纖維信息處理程序，數碼攝像機的數據線連接至微型計算機的數據接口 處；測量部分包括以下
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第一部分纖維長寬度測量，其包括第一步，凝膠法制片按照行業標準QB/T 2597-2003造紙纖維長度測定法取得紙或紙漿纖維樣品，或 對未經分散的原料或紙漿纖維樣品的進行分散處理，得到充分分散的濕紙漿樣品；經深色 或青黑色染色劑染色，洗去多余染料并手捏干備用；取染成深色的漿料約5mg，置于帶蓋玻璃瓶中，加入5_20ml凝膠，加熱至流動液 狀，充分搖動懸浮液后，吸取纖維凝膠懸浮液均勻涂于載玻片上，纖維凝膠懸浮液在載玻片 上形成凝固膠體，被測纖維均勻地包裹在透明膠膜里；第二步，纖維長、寬測量將第一步所得試片置于載玻片夾具中，通過微型計算機打開造紙纖維分析程序， 調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯示屏幕上顯示清晰的纖維圖像，纖維的長度、 寬度由造紙纖維分析儀自動測量并統計；第二部分造紙纖維配比測量，其包括以下步驟按照行業標準QB/T 2597-2003取樣、經赫氏染色劑染色制觀測試片，將試片置于 所述載玻片夾具中；打開造紙纖維分析程序，調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯 示屏幕上顯示清晰的纖維圖像；選擇纖維信息處理程序的圖像顏色分離功能，通過該圖像顏色分離功能將不同顏 色值的纖維進行分離，自動計算出顏色相同的纖維在圖像中占有的面積，通過不同顏色的 纖維在圖像中所占面積的比例，計算出不同纖維在紙或紙漿中比例含量；第三部分造紙纖維植物原料細胞壁腔比的測量，其包括以下步驟將造紙植物原料橫向切片制成生物切片，使用染色劑染色，造紙植物原料的細胞 壁染成深顏色，細胞腔為空洞顏色很淺，將染色后的生物切片置于載玻片中，制成纖維橫截 面試片，打開造紙纖維分析程序，調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯示屏幕上顯 示清晰的造紙植物原料橫向切片圖像；選擇纖維信息處理系統的壁腔比自動測量功能，通過該自動測量功能自動識別生 物切片中纖維細胞的細胞腔直徑和細胞壁厚度，并分別測量和統計其全部細胞腔的直徑、 細胞壁的平均厚度、細胞壁與細胞腔的壁腔面積比率和長度比率。作為本發明優選的技術方案，所述凝膠為透明狀，其是由0. 5-3. 5%含量的由石花 菜、麒麟菜等海藻所制成的海藻膠水溶液制成。作為本發明優選的技術方案，所述載玻片夾具為可相套的二個大、小矩形片，尺寸 分別與載玻片的尺寸相應；大框放置比常規載玻片面積大約10倍的凝膠法載玻片，套入小 框后放置常規載玻片。作為本發明優選的技術方案，所述載玻片夾具可隨顯微鏡工作臺在X、Y、Z方向移動。作為本發明優選的技術方案，所述凝膠法載玻片與大矩形框鏤空部的尺寸相當 長度為70-150，寬度為50-90。相對于現有技術，本發明的技術方案具有以下優點1、減少測量誤差。本發明取消了制作顯微鏡觀察樣品需載玻片加蓋玻片的傳統方 法。使用纖維凝膠懸浮液，纖維可均勻地分散在液體膠體中，靜置時纖維也不沉于凝膠液底部；用吸管吸取均勻分散的纖維懸浮液到載玻片，做到了取樣均勻，纖維懸浮液接觸載玻片 后很快形成透明凝膠固體，該方法不需用解剖針分散纖維和蓋玻片擠壓纖維，因而減少了 解剖針對纖維形態的改變和在蓋上蓋玻片時細小纖維隨多余液體擠出試片所造成測量誤差。2、圖形清晰利于纖維觀察。顯微鏡觀察樣品時，其觀察景深隨樣品的放大倍數的 增加而減少，傳統制片中，樣品中纖維重重疊疊，造成顯微鏡能清晰地觀察上面地纖維但看 不清下面地纖維，使用本方法制片，可避免樣品中被測纖維重疊，凝膠體風干后形成的膠膜 僅數微米厚，在近千倍地放大倍數下，顯微鏡可在更清晰的觀察樣品的微觀形態。3、減少制片強度。為更大的發揮凝膠法制片的作用，本發明設計了專門用于纖維 凝膠試片的載玻片和夾具；通常載玻片制成的樣品試片觀察面積約6平方厘米，纖維用量 很少，容易取樣不均勻而造成測量系統誤差，如試片中的針葉木纖維相互很少交叉，每平方 厘米約容納20至30根纖維，這需要數個試片才能滿足行業標準QB/T 2597-2003規定中測 量數百根纖維的要求，本發明所用的大載玻片觀察面積近百平方厘米，纖維用量是傳統的 10倍多，容納數千根纖維，即可一個試片就滿足上述標準的測量要求，也能減少因取樣的不 均勻所造成測量系統誤差。4、將纖維染成深色有利于計算機辨別，滿足自動測量要求。如纖維不染色，在顯微 鏡觀察時纖維顏色深淺差別很小，部份纖維甚至透明，這會造成纖維測量中，計算機不能獲 取準確的纖維二值化圖像，丟失了纖維圖像信息。纖維使用深色或青黑色染色劑增加纖維 的顏色后，顯微鏡圖像中纖維與背景顏色深淺對比分明，纖維測量中，計算機所獲的纖維二 值化圖像清晰準確，不會丟失纖維圖像信息，測得的纖維長度，寬度準確。
下面結合附圖與具體實施例對本發明作進一步說明圖1是載玻片夾具的平面示意圖；圖2是圖1水平方向的橫截面示意圖；圖3是圖1垂直方向的橫截面示意圖。
具體實施例方式第一部分造紙纖維長、寬度的測量第一步凝膠法制片本發明的凝膠法制片方法步驟按照行業標準QB/T 2597-2003造紙纖維長度測 定法取得紙或紙漿纖維樣品，或對未經分散的原料或紙漿纖維樣品進行分散處理，得到充 分分散的濕紙漿樣品，把上述濕紙漿樣品用手捏干后；取約Ig濕紙漿加0. 05至1克深色或 青黑色染色劑和約0. 5毫升水混合均勻后，加熱至90度，放置數分鐘后，用清水沖洗紙漿除 去多余染料并手捏干備用。然后取約IOmg染成深色的漿料置于帶蓋玻璃瓶中，加入5-20ml 凝膠(由0. 5-3. 5%瓊脂等海藻膠溶液組成)，加熱至流動液狀，充分搖動懸浮液后，用吸管 吸取纖維凝膠懸浮液均勻涂于載玻片上形成透明凝膠固體，被測纖維均勻地包裹在透明凝 膠體內。如載玻片上纖維有較多交叉狀態，此片作廢，應再向懸浮液中多加凝膠，重復上述 操作，制成更稀的纖維凝膠懸浮液，直至載玻片上的纖維絕大多數處于單根纖維狀態，又有一定纖維密度的測量試片。該試片可用于測量漿料纖維長度和寬度、帚化率、雜細胞含量及 觀察其纖維形態。載玻片上的纖維凝膠懸浮液靜置至風干后測量效果更好。凝膠試片的載玻片夾具放置于顯微鏡載物臺上，其可隨顯微鏡載物臺在X(水 平)、Y(垂直)、Z(豎直)方向移動。該載玻片夾具為相套的二個大、小矩形片，尺寸分別與 載玻片的尺寸相應；大框可放置大載玻片，套入小框后放置常規載玻片。載玻片夾具的結構如圖1、圖2及圖3所示，載玻片夾具為矩形片，其一端邊緣由二 夾持部10夾持固定于顯微鏡物鏡下方，其中心設有一第一矩形鏤空部20，該第一矩形鏤空 部20的深度小于夾具的厚度，其中心還設有一第二矩形鏤空部30，該第二矩形鏤空部30的 長寬尺寸均小于第一矩形鏤空部20的長寬尺寸，且該第二矩形鏤空部30穿透該夾具。載 玻片可置于該第一矩形鏤空部20內；如載玻片面積較小，則需提供一長寬尺寸與第一矩形 鏤空部20的長寬尺寸相匹配的結構與前述夾具一致的較小夾具，將載玻片置于該較小夾 具內，將較小夾具置于前述載玻片的第一矩形鏤空部20內。在本發明的實施方式中，所述 凝膠法載玻片與大矩形框鏤空部的尺寸相當長度為70-150，寬度為50-90。第二步纖維長寬度測量提供一造紙纖維分析儀，其包括一生物顯微鏡，用以代替生物顯微鏡目鏡的數碼 攝像機、微型計算機、與微型計算機連接的顯示器、設置于微型計算機內的造紙纖維分析程 序組成，攝像機的數據線連接至微型計算機的數據接口。將第一步所得試片置于載玻片夾具中，打開造紙纖維測量程序，調整載玻片的位 置，調節顯微鏡的物鏡與載玻片中觀察纖維的位置，使微型計算機顯示屏顯示清晰的纖維 樣品顯微圖像。1、纖維長度測量用鼠標點擊微型計算機顯示屏上所顯示所的纖維，每次點擊后所得的信息輸入微 型計算機，由纖維信息處理程序自動記錄、統計、計算所測量的長度數值。2、纖維寬度測量在纖維有代表性的中段的一側按下鼠標，拖動鼠標畫線到纖維的另一側，畫線時 可移動線條的方向，當其與纖維邊緣垂直時松開鼠標，反復同樣的操作，造紙纖維分析程序 自動測量出纖維的寬度值，并統計、計算出所需要的結果。3、纖維長、寬度同時自動測量。按第一步凝膠法制作試片，對于較少纖維交叉現象的試片，可利用造紙纖維分析 程序中“自動測量”功能使造紙纖維分析程序自動識別微型計算機顯示器中所顯示的圖片 中的每一根纖維，并對所有纖維的長度和寬度進行測量和統計，同時得到纖維長度、寬度測
量結果。第二部分造紙纖維配比測量按照行業標準QB/T 2597-2003取樣、用赫氏染色劑染色制觀測試片，由于不同種 類或經不同工藝處理的纖維與赫氏染色劑作用產生不同的顏色反應，如化學漿纖維的圖像 顏色以藍和藍黑為主、機械漿呈黃色、化學機械漿呈金黃色，故通過不同的纖維顏色可區分 不同種類的纖維。選擇造紙纖維分析程序的圖像顏色分離功能，通過該圖像顏色分離功能可將不同 顏色值的纖維進行分離，并自動計算出某種纖維在圖像中占有的面積，通過不同顏色值纖維在圖像中所占面積的比例，自動計算出各種纖維在紙或紙漿中含量。第三部分造紙纖維植物原料細胞壁腔比的測量將造紙植物原料橫向切片制成生物切片，使用所述染色劑染色，制成纖維橫截面 試片；將該纖維橫截面試片置于載玻片夾具中，調節顯微鏡的焦距，使微型計算機顯示屏中 顯示清晰的橫截面圖像；選擇造紙纖維分析程序中的壁腔比自動測量功能，通過該自動測 量功能自動識別纖維細胞壁的細胞腔直徑和細胞壁厚度，分別測量所示造紙植物橫截面圖 像中全部細胞腔的直徑和其細胞壁平均厚度，然后自動計算該樣品切片的細胞壁和細胞腔 的壁腔比率。
權利要求
一種造紙纖維圖像測量方法，其特征是提供一造紙纖維分析儀，該造紙纖維分析儀包括一生物顯微鏡、一安裝在該生物顯微鏡目鏡位置的數碼攝像機、一微型計算機、與微型計算機連接的顯示器及設置于微型計算機內的造紙纖維信息處理程序，數碼攝像機的數據線連接至微型計算機的數據接口處；測量部分包括以下第一部分纖維長寬度測量，其包括第一步，凝膠法制片按照行業標準QB/T 2597 2003造紙纖維長度測定法取得紙或紙漿纖維樣品，或對未經分散的原料或紙漿纖維樣品的進行分散處理，得到充分分散的濕紙漿樣品；經深色或青黑色染色劑染色，洗去多余染料并手捏干備用；取染成深色的漿料約5mg，置于帶蓋玻璃瓶中，加入5 20ml凝膠，加熱至流動液狀，充分搖動懸浮液后，吸取纖維凝膠懸浮液均勻涂于載玻片上，纖維凝膠懸浮液在載玻片上形成凝固膠體，被測纖維均勻地包裹在透明膠膜里；第二步，纖維長、寬測量將第一步所得試片置于載玻片夾具中，通過微型計算機打開造紙纖維分析程序，調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯示屏幕上顯示清晰的纖維圖像，纖維的長度、寬度由造紙纖維分析儀自動測量并統計；第二部分造紙纖維配比測量，其包括以下步驟按照行業標準QB/T 2597 2003取樣、經赫氏染色劑染色制觀測試片，將試片置于所述載玻片夾具中；打開造紙纖維分析程序，調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯示屏幕上顯示清晰的纖維圖像；選擇纖維信息處理程序的圖像顏色分離功能，通過該圖像顏色分離功能將不同顏色值的纖維進行分離，自動計算出顏色相同的纖維在圖像中占有的面積，通過不同顏色的纖維在圖像中所占面積的比例，計算出不同纖維在紙或紙漿中比例含量；第三部分造紙纖維植物原料細胞壁腔比的測量，其包括以下步驟將造紙植物原料橫向切片制成生物切片，使用染色劑染色，造紙植物原料的細胞壁染成深顏色，細胞腔為空洞顏色很淺，將染色后的生物切片置于載玻片中，制成纖維橫截面試片，打開造紙纖維分析程序，調節載玻片位置和顯微鏡焦距，微型計算機顯示屏幕上顯示清晰的造紙植物原料橫向切片圖像；選擇纖維信息處理系統的壁腔比自動測量功能，通過該自動測量功能自動識別生物切片中纖維細胞的細胞腔直徑和細胞壁厚度，并分別測量和統計其全部細胞腔的直徑、細胞壁的平均厚度、細胞壁與細胞腔的壁腔面積比率和長度比率。
2.如權利要求1所述的造紙纖維圖像測量方法，其特征是所述凝膠為透明狀，其是由 0. 5-3. 5%含量的由石花菜、麒麟菜等海藻所制成的海藻膠水溶液制成。
3.如權利要求2所述的造紙纖維圖像測量方法，其特征是所述載玻片夾具為可相套 的二個大、小矩形片，尺寸分別與載玻片的尺寸相應；大框放置比常規載玻片面積大約10 倍的凝膠法載玻片，套入小框后放置常規載玻片。
4.如權利要求3所述的造紙纖維圖像測量方法，其特征是所述載玻片夾具可隨顯微 鏡工作臺在X、Y、Z方向移動。
5.如權利要求3所述的造紙纖維圖像測量方法，其特征是所述凝膠法載玻片與大矩 形框鏤空部的尺寸相當長度為70-150，寬度為50-90。
全文摘要
本發明涉及一種造紙纖維圖像測量方法，該方法采用的儀器為由數碼攝像機代替目鏡的生物顯微鏡、微型計算機、與微型計算機連接的顯示器、設置于微型計算機內的造紙纖維分析程序組成的造紙纖維分析儀，測量項目包括造紙纖維長、寬度的圖像法測量、造紙纖維配比的圖像法測量、造紙纖維植物原料細胞壁腔比的測量；本發明提供了一種凝膠法制片技術，以及可放置大型載玻片的載玻片夾具。本發明之造紙纖維圖像測量方法簡便易行、結果準確。
文檔編號G01B11/08GK101963491SQ201010279250
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者王玉, 譚敏, 譚皓曉, 黃菊華 申請人:珠海華倫造紙科技有限公司