恒美智造在線紅外水分儀-在線近紅外法快速測定石英砂中的水分含量

方案編號：ZHS-002

適用儀器：在線近紅外水分分析系統

發布日期：2026 年 3 月 18  日

1  前言

水分含量是石英砂品質控制的核心指標之一，直接影響石英砂的加工性能、貯存穩定性、產品純度及工業應用價值。石英砂水分含量過高易導致結塊、篩分困難，影響后續研磨、浮選等加工工序，還可能造成烘干能耗增加；過低則會產生大量粉塵，危害生產環境與操作人員健康。石英砂根據不同應用行業對水分含量要求有嚴格把控，從高純光伏、電子用石英砂至普通石英砂的水分含量大致為 0.01%~8.00% ，該指標是石英砂生產、加工、流通環節質量把控的重要依據。

石英砂傳統水分檢測采用烘箱直接干燥法，雖結果準確但操作繁瑣、耗時較長（需 6~8 小時），無法滿足生產線上實時監控、快速調整的需求。本方案采用在線近紅外水分分析系統，基于水分子對特定近紅外波段的特征吸收原理，實現石英砂水分的非接觸、實時、快速檢測。該方法具備自動化程度高、檢測速度快、非破壞性、可連續監測的特點，能高效匹配石英砂工業化生產的質量管控需求，為生產過程的實時調整（如烘干參數優化）提供數據支撐。

2  儀器與樣品

2.1  儀器

在線近紅外水分分析系統；分析天平（感量 0.0001g）；烘箱、干燥器、鋁制/玻璃制的扁型稱量瓶、計時器、尺子等。

圖 1 ：在線近紅外水分分析系統外觀圖

2.2  樣品

石英砂標樣。

石英砂標樣選擇要求：需具有代表性，無結塊、雜質、油污，粒度符合生產要求，覆蓋目標

檢測樣的水分含量區間，一般范圍為 0.00%-8.00% ，用于儀器標定。標樣需在恒溫恒濕環境下均衡 72  小時以上，均衡誤差（同一樣品三份平行樣的烘箱結果的極差）應控制在 0.3%   以內，剔除結塊、霉變的異常標樣，標樣覆蓋面越廣，測試越準確，最多不超過 200 個。

3  實驗方法

3.1  直接干燥法（烘箱法）測石英砂標樣水分含量真值

（1）取潔凈鋁制或玻璃制的扁形稱量瓶，置于 101℃~105℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，加熱 1.0h ，取出蓋好，置干燥器內冷卻 0.5h ，稱量，并重復干燥至前后兩次質量差不超過 2mg ，即為恒重。將混合均勻的試樣迅速磨細至顆粒小于 2mm ，不易研磨的樣品應盡可能切碎，稱取2g～10g 試樣（精確至 0.0001g），放入此稱量瓶中，試樣厚度不超過 5mm ，如為疏松試樣，厚度不超過 10mm，加蓋，精密稱量后，置于 101℃~105℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，干燥 2h~ 4h 后，蓋好取出，放入干燥器內冷卻 0.5h 后稱量。然后再放入 101℃~105℃干燥箱中干燥 1h左右，取出，放入干燥器內冷卻 0.5h 后再稱量。并重復以上操作至前后兩次質量差不超過 2mg，即為恒重。

注：兩次恒重值在最后計算中，取質量較小的一次稱量值。

圖 2 ：樣品稱量

（2）試樣中的水分含量，按下式進行計算：

X=(m1-m2)/(m1-m3) × 100式中：

X-試樣中水分的含量，單位為克每百克（g/100g）；

m1-稱量瓶和試樣的質量，單位為克（g）；

m2-稱量瓶和試樣干燥后的質量，單位為克（g）；

M3-稱量瓶的質量，單位為克（g）； 100-單位換算系數。

水分含量≥1g/100g 時，計算結果保留三位有效數字；水分含量＜1g/100g 時，計算結果保留兩位有效數字。

3.2  在線近紅外水分分析系統石英砂測試算法建立

3.2.1  儀器基礎參數設置

儀器開機預熱 30 分鐘后，進入系統設置界面完成基礎參數配置，具體設置值見表 1。

表 1 在線近紅外水分分析系統基礎參數設置

3.2.2  石英砂測試算法建立

在儀器主界面進入算法管理，選擇窄范圍精確算法（適配石英砂水分 0.00%~8.00%的窄區間檢測需求）。將已定值的石英砂標樣依次置于儀器探頭測量范圍內，待數據穩定后，輸入標樣烘箱水分值，點擊截取完成光譜與水分值的匹配采集，累計采集標樣數據不少于 20 個。點擊 PLSR擬合，儀器自動生成擬合算法，將算法添加至儀器算法數據庫，命名為石英砂專用算法。

3.2.3  石英砂測試算法二次標定

（1）二次標定：進入儀器標定界面，選擇上述石英砂專用算法，將上述參與標定的至少 5個標樣進行重復光譜與水分含量的匹配，標定完成后，點擊擬合，要求擬合相關系數 R2≥0.90 ，添加至儀器處方數據庫，并進行處方命名，檢測時可直接調用。

（2）處方驗證：在相同檢測條件下，對已進行烘箱法測真值的樣品選擇相應處方名稱后，進行測試，準確性≤0.5%且重復測定 5 次，穩定性≤0.5% ，即算法、處方建立成功。

3.3  在線樣品檢測步驟

1 、儀器安裝：將在線近紅外水分分析系統的檢測探頭通過懸臂固定于石英砂生產線傳送帶

上方，保證探頭與石英砂物料表面垂直，工作距離控制在 250mm±50mm ，加裝遮光罩避免陽光直射。

2 、處方調用：在儀器檢測設置界面，選擇上述已建處方名稱，即可進行測試。

3 、啟動檢測：開啟生產線傳送帶，啟動儀器自動檢測程序，儀器將對傳送帶上的石英砂進行非接觸式連續檢測，實時顯示水分值，并按設定的存儲周期自動記錄數據（最大值、最小值、平均值）。

4 、數據上傳：若需遠程監控，開啟儀器 Wi-Fi/網線聯網功能，打開自動上傳設置，檢測數據將實時上傳至數據管理平臺。

圖3 ：目標樣品水分含量測試過程及界面圖（實驗室測試）

4  結果與討論

4.1  結果計算與表示

1 、在線近紅外法：儀器直接顯示石英砂水分含量（%），結果保留兩位小數。

2 、烘箱法參考計算公式：

式中：

X—石英砂水分含量，單位為克每百克（g/100g）；

mo  —鋁制稱量盒恒重質量，單位為克（g）；

m1  —鋁制稱量盒+石英砂樣品烘前質量，單位為克（g）；

m2  —鋁制稱量盒+石英砂樣品烘后恒重質量，單位為克（g）。

4.2  測試結果示例

選取 3 個不同批次的石英砂樣品，用烘箱法測試水分含量真值。選用已建好的處方進行水分含量測試，測試結果如下：

表 2  石英砂水分檢測結果（g/100g）

4.3  準確性與穩定性

在重復性條件下，對同一石英砂樣品進行 5 次在線近紅外法連續檢測，結果的穩定性極差≤0.5%；在線近紅外法檢測結果與烘箱法（國標基準方法）的絕對偏差≤0.5%，滿足石英砂生產過程質量控制的檢測要求。

5  方案特點與優勢

5.1  儀器優勢

1 、非接觸無損傷：檢測過程不接觸石英砂物料，無樣品損耗，不影響生產線正常運行。

2 、實時快速檢測：單次檢測僅需數秒，可實現生產線連續在線監控，相比烘箱法效率提升上百倍。

3、數據穩定可靠：采用雙探測器+多溫度傳感器溫漂補償設計，7 波段 14 光程光路，有效消除雜光、設備漂移干擾，檢測結果穩定性高。

4 、操作便捷：7 寸高清安卓觸摸屏，UI 交互界面直觀，石英砂專用處方一鍵調用，無需專業人員操作。

5 、數據可追溯：16G 大容量存儲，可保存 2 萬條檢測數據，支持數據導出、實時上傳，滿足生產溯源需求。

5.2  方案適用性

1 、樣品類型：支持不同目數石英砂。

2 、檢測范圍：水分含量 0%~60%（適配國標石英砂水分要求，可通過調整標樣擴展檢測范圍）。

3 、應用場景：石英砂生產線上的連續在線檢測、原料入廠快速篩查、成品出廠質量檢測等。

4 、檢測時效：單樣品在線檢測≤5s ，批量連續檢測無間隔，適配工業化大生產節奏。

5.3  質量控制要點

1 、標樣控制：標樣水分需覆蓋石英砂實際生產的水分區間，標樣均衡處理需滿足 72 小時恒溫恒濕，平行樣極差≤0.3%。

2 、環境控制：檢測探頭需避開陽光直射、強電磁場、強烈振動源，石英砂生產粉塵較大，需為探頭加裝防塵罩，定期清理周圍粉塵。

3 、探頭維護：每周用酒精棉簽輕輕清潔探頭光學鏡片，避免指紋、油污、粉塵影響光路，

保證檢測精度。

4 、定期校準：儀器連續使用30 天或生產線更換石英砂品種時，需用石英砂標樣對檢測處方進行重新驗證或修正，確保結果準確。

6  結論

采用在線近紅外水分分析系統測定石英砂中水分含量，方法基于水分子近紅外特征吸收原理，通過建立石英砂專用檢測算法和處方，實現了石英砂水分的非接觸、實時、快速檢測。該方法檢測結果與行業標準烘箱直接干燥法一致性良好，重復性高，操作簡便，檢測效率遠高于傳統方法，且適配石英砂低水分精準檢測需求，滿足石英砂工業化生產過程中實時質量監控、快速工藝調整（如烘干參數優化）的需求。

本方案不僅適用于各類石英砂的水分檢測，還可通過調整標樣和算法，拓展至石英砂衍生品、長石等類似非金屬礦物的水分快速檢測，為非金屬礦物加工行業的質量管控提供高效、可靠的技術手段，對提升生產效率、降低烘干能耗、保障產品質量具有重要意義。

7  參考文獻

[l] GB/T 5009.3-20l6  食品安全國家標準 食品中水分的測定[S].

[2] GB/T l4684-2022  建設用砂[S].

本文檔為通用技術方案，具體儀器操作請參考對應儀器說明書。