High-throughput prediction of physical and mechanical properties of paper from Raman chemometric analysis of pulp fibres

Better pulp quality control, especially relating to product sheet strength, can offer an important means to improve the market superiority of a pulp. However, aside from lignin content, few pulp properties can be easily measured in a timely manner for process control. The present report proves a principle on a novel Raman system and a systematic chemometric approach, allowing for rapid spectral data acquisition and definitive spectrochemical analysis of wet pulp under harsh manufacturing conditions. By incorporating sophisticated chemometrics strategies that combine wavelet transform with a tem-plate-oriented genetic algorithm feature selection and partial least squares multivariate classification, this instrument system extracts maximum analytical information from raw Raman spectra to accurately predict the physicomechanical properties of sheet products. Our work has tested and refined these routines by drawing upon the systematic analysis of 26 bleached soft-wood kraft pulps formulated to yield challenges representative of those encountered in common pulp fibre and sheet analyses. Satisfactory calibration results suggest that a Raman gauge can be developed that has the capacity to continuously assay pulp to predict the physicomechanical properties of sheet paper in real time. Un meilleur controle de la qualite de la pate, particulierement en lien avec la solidite du papier en feuille, peut of-frir un moyen important pour augmenter la superiorite de la pate sur le marche. Cependant, mis a part la teneur en lignine, peu de proprietes de la pate peuvent etre facilement mesurees assez rapidement pour la commande de processus. Cet article demontre le principe d'un nouveau systeme Raman et d'une approche chimiometrique systematique qui permet l'acquisition rapide de donnees spectrales et l'analyse spectrochimique definitive de la pate humide dans des conditions de fabrication difficiles. En incorporant des strategies sophistiquees de chimiometrique qui combinent la transformation en ondelettes avec la selection de caracteristiques au moyen d'algorithmes genetiques bases sur un gabarit et la classification multivariee par les moindres carres partiels, ce systeme instrumental extrait un maximum d'information analytique a partir des spectres bruts de Raman pour predire avec precision les proprietes physicomecaniques du papier en feuille. Nous avons teste et raffine ces routines en se basant sur l'analyse de 26 pates kraft blanchies de resineux formulees de maniere a offrir des defis representa-tifs de ceux que l'on rencontre dans l'analyse courante des pates de fibre et du papier en feuille. Des resultats de calibration satisfaisants indiquent qu'il est possible de mettre au point une jauge Raman capable de tester en continue la pate pour predire les proprietes physicochimiques du papier en feuille en temps reel. [Traduit par la Redaction]
Introduction Raman spectroscopy offers a unique means to rapidly measure pulp fibre properties and processing-related changes in these properties, nondestructively, with little or no sample preparation and little sensitivity to [...]