近紅外光譜分析技術(shù)在化工領(lǐng)域的研究應(yīng)用

余璐（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇 南京 210088）

近紅外光譜分析技術(shù)在化工領(lǐng)域的研究應(yīng)用

余璐（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇 南京 210088）

近紅外光譜技術(shù)是當(dāng)今時(shí)代專(zhuān)注于解析測(cè)試機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)新技術(shù)。該文主要對(duì)近紅外光譜的相關(guān)技術(shù)的一些情況和具體情況進(jìn)行了介紹，簡(jiǎn)述了此項(xiàng)技術(shù)在石油化工等領(lǐng)域上的運(yùn)用，討論了近紅外光譜解析技術(shù)在煉油企業(yè)中的發(fā)展形勢(shì)。

近紅外光譜解析；石油化工

近紅外光譜(NIR)是最近幾年來(lái)推進(jìn)極快的高新型解析技術(shù)。當(dāng)前僅有50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了此項(xiàng)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，尤其是大部分發(fā)達(dá)國(guó)家在這項(xiàng)技術(shù)的展示上尤為顯眼，這些國(guó)家具備宏大的各類(lèi)NIR的解析設(shè)備，并運(yùn)用在了諸多領(lǐng)域，其中有研究型、專(zhuān)用型以及便攜型，另外也有直接作用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)分析和研究領(lǐng)域。

我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)80年代起就已經(jīng)著手進(jìn)行NIR技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)選放在對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的研究和探討上。從上個(gè)世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的諸多科研院所和大中型的學(xué)校就已投入到了符合國(guó)內(nèi)形勢(shì)的NIR系統(tǒng)的解析技術(shù)，另外也有大量的學(xué)者發(fā)表了許多設(shè)計(jì)NIR的機(jī)理和運(yùn)用的論述性文章，從而為此項(xiàng)技術(shù)的廣泛推廣打下了基礎(chǔ)，并因此開(kāi)啟了我國(guó)NIR研究開(kāi)發(fā)和運(yùn)用的新的態(tài)勢(shì)。最近幾年我國(guó)在設(shè)備硬件、化學(xué)計(jì)量以及分析模型和具體的操作上都取得了不錯(cuò)的成績(jī)，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展已普及開(kāi)來(lái)。

1 近紅外光譜解析技術(shù)的特點(diǎn)

和一般的化學(xué)解析形式不同，近紅外光譜技術(shù)有著其與眾不同的一面，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 多組分同期性測(cè)定

借助于一次的全光譜掃描操作，就可以取得樣品中各個(gè)化學(xué)成分的光譜數(shù)據(jù)，然后再由相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行測(cè)算，這樣最終就能夠取得樣品多類(lèi)化學(xué)成分的比例。

1.2 樣品的不需預(yù)處理操作

由于近紅外光區(qū)域內(nèi)光散射的效應(yīng)比較寬泛以及投射深度大等原因，從而造成了紅外光譜技術(shù)可以使用漫反射的形式來(lái)進(jìn)行樣品的直接性測(cè)定操作。

1.3 解析不具有破壞性

近紅外光譜在解析當(dāng)中僅僅是得到了樣品的光譜信號(hào)資料，所以不需要其他試劑的參與即可完成，因此在測(cè)定時(shí)絕對(duì)不會(huì)對(duì)樣品以及樣品的性能等造成破壞。此項(xiàng)特點(diǎn)在生物學(xué)研究中對(duì)采樣技術(shù)以及試驗(yàn)的策劃等同樣有研究?jī)r(jià)值。

1.4 解析的速率塊

因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)的掃描速率極快，因此可在較短的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)完成一個(gè)樣品的全光譜圖，掃描的具體時(shí)間可以依照試驗(yàn)的具體要求來(lái)進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)定，平均的光譜掃描的時(shí)間在1到60秒之間，另外把收集到的光譜運(yùn)用到架構(gòu)好的數(shù)學(xué)模型中可以較快的測(cè)算出樣品的某一項(xiàng)的成分含量。

1.5 遠(yuǎn)程測(cè)定和實(shí)效性解析

在線解析的方式擁有遠(yuǎn)程收集樣品光譜以及實(shí)效性解析的能力，其能夠借助于光導(dǎo)纖維技術(shù)遠(yuǎn)離主機(jī)進(jìn)行取樣的操作，另外把光譜信號(hào)實(shí)時(shí)的傳送回主機(jī)進(jìn)行解析，從而快捷的測(cè)算出樣品的即時(shí)含量和相應(yīng)的性質(zhì)類(lèi)別。

1.6 測(cè)定重現(xiàn)性良好

光譜測(cè)定具有極好的重現(xiàn)性，并且其測(cè)試的結(jié)果受人為的干擾因素較少，和一般的化學(xué)形式相比，近紅外光譜的解析通常會(huì)表現(xiàn)出更為優(yōu)良的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。

1.7 不適應(yīng)痕量解析和分散性樣品的解析

在架構(gòu)近紅外光譜方式之前，首先應(yīng)布置相應(yīng)的人物、物力和財(cái)力的儲(chǔ)備，從而完成一個(gè)精確性的校正模型的構(gòu)建。所以進(jìn)行時(shí)常的水平操控是非常實(shí)用和快捷的，然而受到簡(jiǎn)單一二次解析或是分散性樣品的因素限制，其的實(shí)施還不是很通暢。

2 近紅外光譜解析技術(shù)在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)前面的敘述可以看出，有機(jī)化合物在近紅外光部分的采集主要是含有氨基團(tuán)的各類(lèi)倍頻和合頻采集的譜帶。而石化產(chǎn)品主要是以烴類(lèi)為基本元素，其正符合含氨基團(tuán)的物質(zhì)特性，產(chǎn)品的性質(zhì)也多是受此區(qū)域影響，這是近紅外光譜技術(shù)能夠作為石化產(chǎn)品性質(zhì)測(cè)定的前提。當(dāng)今國(guó)外已經(jīng)報(bào)道了許多近紅外光譜的技術(shù)運(yùn)用實(shí)例，而國(guó)內(nèi)也有許多家企業(yè)運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)的操控，并且都得到了很好的實(shí)踐。DurmusOzdemir研究專(zhuān)家針對(duì)近紅外光譜和遺傳多變量修正的手段用來(lái)檢測(cè)汽油等值的三種方法進(jìn)行比較探討，明確了三種方法皆可以應(yīng)用于汽油等值的測(cè)定，但應(yīng)用遺傳回歸和遺傳逆最小方差則具備更小預(yù)測(cè)誤差的優(yōu)勢(shì)。Yao等人在提出一種最小的方差來(lái)支撐向量機(jī)(LSSVM)作為汽油等值的方式，其操作的時(shí)間更短，并且極易實(shí)時(shí)性的測(cè)試和檢驗(yàn)。包鑫等相關(guān)人員依照當(dāng)今近紅外光譜解析中模型傳送形式上的限制，使用多項(xiàng)技術(shù)的方式消除噪聲等外部干擾，另外在處理的時(shí)候?qū)嵤┎ㄩL(zhǎng)寬度和卷積窗口寬度的優(yōu)性處理。在經(jīng)過(guò)操作后的標(biāo)準(zhǔn)化譜圖既可以進(jìn)行光譜建模的解析。此類(lèi)方法不需要預(yù)先大量樣本的獲取和同一樣本在不同條件下的對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)于一系列汽油樣本的試驗(yàn)結(jié)果顯示，通過(guò)此類(lèi)方法可以使得光譜得到最大程度的優(yōu)化，另外最終的譜圖的優(yōu)性功效也取得了大眾的信賴。徐新舉等人則是借助于化學(xué)軟件，使用最為科學(xué)的模型設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行操作，和規(guī)范的方法相比，汽油的誤差等都符合國(guó)際的最優(yōu)指標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

近紅外光譜的解析技術(shù)借助于化學(xué)的一些手段，把近紅外光譜和被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)緊密的聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)二者之間的函數(shù)關(guān)系建立，得到了含氨基團(tuán)的詳細(xì)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)。石化產(chǎn)品的關(guān)鍵成分都是含氨基團(tuán)，所以近紅外光譜解析技術(shù)是十分切合石化產(chǎn)品組分和性質(zhì)的解析操作，另外其在石油化工等領(lǐng)域也具有很廣的推廣空間。

[1]曹干.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)研究中的應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，增：26～31.

[2]屈健.近紅外光譜法在飼料檢測(cè)中的應(yīng)用[J].飼料廣角2004.14：29～31.