关于近红外光谱分析技术在油品分析中的应用研究
何婧
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何婧,. 关于近红外光谱分析技术在油品分析中的应用研究[J]. 中国科学研究,20229. DOI:10.12721/ccn.2022.157083.
摘要: 在成品油炼制调和过程中,通常需要对其蕴含的关键物质及其含量进行分析检测,如汽油需要检测研究法辛烷值、烯烃、芳烃含量,柴油则需要测试其标准密度、运动粘度、十六烷值、多环芳烃,十六烷值改进剂定性分析等重要指标,但是传统的检测方式不仅依托与远距离检测实验室送检,检测及时性难以保证,同时需要耗费的人工成本、物料成本也相对较高,检测效果也并不是十分的理想。因此,需研发新的检测方法,能够在各类场景现场进行检测以提高检测效率、降低检测成本。随着近几年近红外光谱分析技术的发展,其已经逐渐替代了传统的油品分析技术,逐渐应用于石油行业之中。本文主要阐述了近红外光谱分析技术,研究了近红外光谱分析技术在油品分析工作之中的应用情况,在此基础上展开讨论。希望通过本文的研究,能够研究出更加合理的近红外光谱分析技术在油品分析工作之中的运用形式,为油品分析工作提供保障,促使油品分析工作的准确性以及完整性更上一层楼。
关键词: 近红外光谱分析技术;油品分析;应用;无损检测
DOI:10.12721/ccn.2022.157083
基金资助:

最近几年以来我国计算机技术取得了很大程度的发展,如今越来越多的信息技术已经慢慢被引进应用到了各行各业之中,其中在油品分析工作之中的应用也取得了很好的反响。近红外光谱分析技术是一种快速分析技术,这种技术的分析速度很快,其所产生的能源消耗也很低,且用于检测样本中不添加任何的化学试剂,相当于无损检测,这种分析方法已经逐渐被应用到众多领域的检测分析工作之中。随着计算机技术的发展,近红外光谱技术也得到了发展,相关的缺点也得到了完善,逐渐深入研究到了石油化工的诸多领域之中,本文接下来将会针对近红外光谱技术在油品检测之中的应用进行了分析研究。

 一、近红外光谱分析技术应用于油品分析现状

近红外光谱技术相比于传统的油品分析技术来讲,具有快速高效的特点。通常来讲,近红外光谱分析技术在一分钟之内就能够完成对全部内容的检测分析,其分析的效率非常高。并且,利用一次光谱测量以及已经建立完善的矫正模型,还能够做到同时分析多种成分和性质,从而提供出更加准确的分析结果。近红外光谱分析技术在进行分析处理的时候,不需要提前对样品进行预先的处理,因此可以避免一些生物、化学以及电磁污染的情况,和当前我国的环保政策要求符合。近红外光谱分析技术相较于传统的油品分析技术来讲,其所需要消耗的成本比较低,而且还能够进行分组分析检测,这样一来不仅能够节省成本,还能够节省人力物力等资源。近红外光在普通的光纤之中的传输性能非常的好,因此在油品分析工作之中具有很大的优势,并且其操作起来比较简单,只要经过简单的岗前培训工作之后就能够熟练掌握,上手难度比较低。

石油化工产品大多数的组成成分之中都免不了含有烃类化合物,而近红外光谱分析技术能够很好的完成对基因化合物的分析工作,并且其所应用的范围越来越广泛,设计的领域也越来越多,在进行汽油之中辛烷和芳烃含量的分析检测工作之中,该项技术取得了良好的效果,能够为石油化工领域的生产工作提供强有力的支撑。并且,将近红外光谱技术应用在柴油密度和折光检测工作之中,还能够明确油品性质的关系。

二、近红外光谱分析技术在油品分析中的应用情况

(一)定性分析法的应用

近红外光谱定性分析法在应用的过程之中,大多数都会借助使用检测样本谱图、位置样品谱图来辅助获取最终的结果,推荐将其使用在完成谱图样本的检测工作之中。这里需要着重提到的一点是,近红外光谱具有非常强的敏感性,因此可能会有重叠的吸收存在。再利用计算机来鉴别各种光谱的数据信息,对其进行处理,这样能够在很大程度上增强油品分析的准确性,减少误差的产生。在运用定性分析的过程之中经常会使用到峰位鉴别法、建库判别算法以及聚类分析法。其中峰位鉴别法以及建库判别算法通常是应用在红外光谱技术的分析过程之中,其内各类的油品形成峰位的图片具有很大的差异存在,油品化学成分的对比也一样具有诸多的不同之处,这个时候峰位图的差异明显,就能够很大程度上降低鉴别的难度系数。因此,通过运用这种方式能够很容易鉴别出成分差异比较大的不同类型油品,简化鉴别工作的程序。而聚类分析法通常都是直接通过光谱图谱视图降维等方式方法来呈现,并且能够对光谱数据矩阵进行分解,将其分为各个不同成分的矩阵图,在那之后再结合样本从而得到最终的结果,再进行后续的计算。运用该方法应当要充分做好样本分类的工作,并且将类似的样本分为同一类别,之后再根据各个分类的样本之间的相似要素以及不同要素等进行分析,之后建立形成谱系图。一般情况下谱图设计的流程十分的复杂,通过运用谱图就能够观察出样本之中各类物质的种类以及含量的多少,明确观察出各类数据。不仅如此,运用聚类分析法的时候还可以将其和马氏距离判别法联合起来对数据进行处理,这样一来还能够明确样品之中有没有未知物质,再对物质之间的距离进行检测,从而能够得到更加精准且完整的数据结果。

(二)定量分析法的应用

定量分析法需要按照对应的顺序进行处理,首先应当要选取合适的模型样本,之后再通过利用红外光谱技术进行油品的分析工作,采取客观的态度对样本进行评判,判断其结果是否准确完整,之后根据结果构建相应的样本模型,以此来满足油品分析相关样本组成的要求以及颗粒均匀性的要求,从而为后期检验工作的进行提供相应的支持。其次,还应当要做好对样本物化性质的检验工作,在模型样本构建完成以后进行基础数据的判断工作,从而为样本整体质量提供保障,之后再构建标准检验法,尽可能保证检测分析结果的准确,降低误差的产生。第三,要对样本模型之中的光谱图进行测量,也就是促使全部的样本都保持在统一的测量环境以及测量条件之下,并且要及时获取各项数据,做好数据的平滑处理、微分处理以及相关的校正处理等工作,确定好数据光谱变换的主要范围。最后一个步骤就是构建多元线性回归MLR、主成分回归PCR以及最小二乘PLS等矫正模型。

(三)红外光谱技术分析影响因素

近红外光谱介于可见光与中红外光谱之间的电磁波,其记录分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息,充分利用光源照射分子倍频和合频跃迁几率低,而有机物在NIR光区为倍频和合频吸收,致使消光系数弱,光谱带重叠严重。

比色皿光程及材质选型在建模光谱采集过程中和校正光谱采集及后期验证实验过程中要保持一致。相同厂家的比色皿材质用料相同,在比色皿出厂进行合格配对,故采用同组比色皿开展上述实验过程中,可最大程度上减少系统误差。

数据建模样本选取来源尽可能多样化,重要技术参数点化学值尽可能具有一定梯度,这样数据建模范围较广,线性关系更好,数据可信程度相对较高。

近红外光谱仪开机后,先通过自检,至少预热30min,使整个仪器光路系统趋于稳定,在进行参比测试,保证在同样仪器状态下开展光谱采集工作。

(四)应用实例 

为了保证发动机油品的质量,也可以采用红外光谱分析技术对其进行处理,如果观察到发动机油的质量存在降低的情况,就需要在第一时间对其进行更换,以此来掌握油品应用的有效时间,避免发动机故障问题的出现。

无铅汽油的应用也需要关注汽油成分的问题,其中芳烃作为汽油的主要成分之一,很容易导致发动机燃烧堆积量和尾气量的增加,并且烯烃虽然具有良好的抗爆性能,但是其热温性能较差,就容易造成堵塞等相关问题。因此需要对汽油之中的烯烃和芳烃含量进行检测,降低二者的含量,在这类测定工作之中采用近红外光谱法也能够在短时间内得到分析结果。

三、结束语

根据上述我们可知:近红外光谱技术主要的技术依托就是计算机技术,通过利用先进的计算机技术从而改进了传统实验室之中光谱分析方法的不足之处,并且逐渐将其运用到现代油品分析检测的工作之中,不仅仅能够满足各等级以及各物性参数等测定的要求,而且其整体分析检测的过程十分快速高效,操作十分简洁,产生误差的可能性也很小,有效促进油品分析行业的发展,充分为石油化工领域的持续发展提供了非常丰富的数据依据,推动化工行业的健康发展。

参考文献:

[1] 姚成,高俊.近红外光谱分析技术在油品质量分析中的应用[J].南京师范大学学报(工程技术版),2014(02).

[2] 维歌.现代近红外光谱分析技术在油品成分应用分析[J].化学工程与装备,2012(02).

[3] 宗营,张晓玉,徐龙亭,魏贤勇.近红外光谱在油品快速分析中的应用[J].化工时刊,2010(07).

[4] 鲁静,剡根姣,贺晓莹.近红外光谱分析技术在油品分析中的应用研究[J].山东工业技术,2014(22).

[5] 鲍峰伟,刘景艳.近红外光谱分析技术在石油化工中的应用[J].贵州化工,2015(06).

基金项目:中国石油技能人才创新基金(HBXS-2022-JS-1464)

作者简介:何婧,1990年生,工程师,主要从事成品油质量检验检测方向及红外光谱分析技术的研究工作。