梁　紅

摘要：近紅外光譜分析技術(shù)已成為上個(gè)世紀(jì)90年代以來發(fā)展最快的分析測(cè)試技術(shù)之一，當(dāng)前，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在煉油廠的油品分析中，主要用來測(cè)定油品的許多物性參數(shù)近紅外光譜在線分析方法是一種間接測(cè)定方法，使用先進(jìn)的光譜統(tǒng)計(jì)技術(shù)和光纜技術(shù)，能快速準(zhǔn)確地測(cè)定油品的辛烷值等物性參數(shù)，可以說，近紅外光譜分析技術(shù)是分析油品質(zhì)量的一種有效而便利的方法，具有相當(dāng)?shù)墓I(yè)應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜分析技術(shù)；油品分析應(yīng)用；價(jià)值

近紅外光譜分析技術(shù)已成為上世紀(jì)90年代以來發(fā)展最快的分析測(cè)試技術(shù)之一，近年來，近紅外光譜作為快速分析技術(shù)已成功應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其優(yōu)越性是快速，低耗，無污染，能在線分析，更適合于生產(chǎn)和控制的需要，是典型的綠色分析技術(shù)，在石油化工領(lǐng)域，近紅外光譜的最早也是最成功的應(yīng)用是測(cè)定汽油的辛烷值，此后多年中，近紅外光譜幾乎用于石油化工的各個(gè)環(huán)節(jié)，并取得了良好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益，

一、近紅外光譜分析技術(shù)概論

近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)是近年來分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來越引起國內(nèi)外分析專家的重視，該技術(shù)給分析技術(shù)帶來了一次新的革命。上個(gè)世紀(jì)90年代以來，近紅外光譜在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用金面展開，成為發(fā)展最快、最引人注目的一門獨(dú)立的分析技術(shù)。因?yàn)榻t外光譜采用光纖測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)處于危險(xiǎn)和苛刻環(huán)境的對(duì)象的遙測(cè)，廣泛用于過程分析。所以，近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)快速分析或?qū)崟r(shí)檢測(cè)是非常理想的技術(shù)手段，是大型石油化工等工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化所必須依靠的重要分析技術(shù)之一。近紅外光譜分析技術(shù)由近紅外光譜儀器，化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件和各種校正模型等組成。近紅外光譜儀器作用為提供被測(cè)樣品的近紅外光譜，作為分析的信息載體。化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件是用于關(guān)聯(lián)光譜和性質(zhì)的軟件工具。而模型則是已經(jīng)建立的定量或定性的工作曲線，反映樣品光譜與性質(zhì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

國際上，自上世紀(jì)90年代初，在線近紅外光譜在煉油和化工過程中的應(yīng)用發(fā)展得很快，廣泛用于油品調(diào)合、原油蒸餾、催化裂化、催化重整、潤滑油、乙烯裂解、加氫裂化和石油化工等主要工藝。根據(jù)近紅外光譜實(shí)時(shí)提供的原料、各餾出口產(chǎn)物及中間產(chǎn)物性質(zhì)，即時(shí)詬整和優(yōu)化操作條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)裝置的控制和優(yōu)化。

二、近紅外光譜分析技術(shù)的典型特點(diǎn)

首先，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過建立校正模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣品的定性或定量分析。近紅外光譜分析技術(shù)包括了近紅外光譜儀、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件和應(yīng)用模型三部分，并且三者的有機(jī)結(jié)合，缺一不可。其次，該技術(shù)能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對(duì)被測(cè)樣品完成一次近紅外光譜的采集測(cè)量，即可完成其多項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)定。再次，樣品無須預(yù)處理可直接測(cè)量。近紅外光譜測(cè)量方式有透射、反射和漫反射多種形式，適合測(cè)量液體、固體和漿狀等形式的樣品，因此，用途很廣。最大的優(yōu)點(diǎn)就是無須對(duì)樣品進(jìn)行任何預(yù)處理，如汽油可直接倒入測(cè)量杯中或?qū)⒐饫w探頭直接插入汽油中進(jìn)行測(cè)量，操作非常方便，幾秒鐘內(nèi)完成光譜掃描。最后，該技術(shù)可以進(jìn)行光纖遠(yuǎn)距離測(cè)量。近紅外光可以通過光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，可以實(shí)現(xiàn)距光譜儀以外的遠(yuǎn)距離測(cè)量，可將測(cè)量探頭或流通池直接安裝到生產(chǎn)裝置的管線，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，或環(huán)境苛刻以及危險(xiǎn)的地方的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

三、近紅外光譜分析技術(shù)在油品分析中的應(yīng)用

石油是一種主要由碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物，通過近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)石油及其產(chǎn)品的組成和質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)試，有利于有效地利用石油資源、選擇合理加工條件和提高石油產(chǎn)品質(zhì)量。近紅外光譜分析技術(shù)在汽油分析中運(yùn)用較多，如近紅外光譜快速測(cè)定汽油詳細(xì)族組成、測(cè)定汽油辛烷值、測(cè)定汽油中乙醇、對(duì)汽油模糊聚類分析、在汽油調(diào)和中的運(yùn)用等等，

(一)近紅外光譜分析技術(shù)的工作原理。近紅外光譜波長(zhǎng)范圍為700～2500 nm。含氫基團(tuán)如C—H，O—H，N—H等在近紅外區(qū)都有吸收。組成不同的油品在光譜圖上有明顯的各自特征吸收。由于不同基團(tuán)產(chǎn)生的光譜在吸收峰位和強(qiáng)度上有所不同，隨著樣品組成的變化其光譜特征也將發(fā)生變化，這就為近紅外光譜的定性和定量分析奠定了理論基礎(chǔ)，另外，對(duì)油品而言，石油產(chǎn)品主要為含有各種不同的c—H基團(tuán)信息的烴類化合物，例如甲基c—H(913nm)、烯烴C=H(895nm)，亞甲基c—H(934nm)和芳烴c—H(875nm)等基團(tuán)信息，油品中不同結(jié)構(gòu)的烴類化合物含量變化都會(huì)導(dǎo)致近紅外光譜的變化，盡管這種變化非常細(xì)微，但通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)光譜數(shù)據(jù)的處理，便能得到樣品組成變化的信息，因?yàn)闃悠返男再|(zhì)如濃度以及各種物化性質(zhì)均取決于樣品的組成。當(dāng)組成發(fā)生變化時(shí)，樣品的性質(zhì)如汽油辛烷值發(fā)生相應(yīng)的變化，同時(shí)樣品的近紅外光譜也發(fā)生相應(yīng)的變化。近紅外光譜分析通過對(duì)樣品的性質(zhì)變化和其對(duì)應(yīng)的近紅外光譜變化直接關(guān)聯(lián)，從而建立兩者之間的定量或定性關(guān)系。

(二)近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用在油品分析中的優(yōu)點(diǎn)

首先，樣品無須預(yù)處理可直接測(cè)量。近紅外光譜測(cè)量方式有透射、反射和漫反射多種肜式，適合測(cè)量液體、固體和漿狀等形式的樣品，最大的優(yōu)點(diǎn)就是無須對(duì)樣品進(jìn)行任何預(yù)處哩，如汽油可直接倒入測(cè)量杯中或?qū)⒐饫w探頭直接插入汽油中進(jìn)行測(cè)量，操作非常方便。其次，近紅外分析技術(shù)為充分利用分析數(shù)據(jù)資源提供了手段。一般煉廠化驗(yàn)室為生產(chǎn)控制年均提供幾十萬或上百萬個(gè)分析數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)的利用率較低，但是近紅外分析可以將這些寶貴的數(shù)據(jù)資源充分利用起來。根據(jù)樣品的光譜圖，能很快地確定被測(cè)樣品與過去測(cè)定過的樣品是否相同，如果相同，直接使用資源；如果樣品不能被現(xiàn)有模型所覆蓋，則再用所謂的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析，并將分析得到數(shù)據(jù)再放到模型庫內(nèi)，這樣就避免了不必要的重復(fù)分析工作，節(jié)省大量費(fèi)用，不斷地積累了數(shù)據(jù)資源。最后，近紅外分析與常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)分析(如GB)方法配合使用，起到雙方互補(bǔ)的作用，不僅能夠及時(shí)向生產(chǎn)控制部門提供分析數(shù)據(jù)，同時(shí)也節(jié)省了大量分析化驗(yàn)費(fèi)用。

(三)近紅外光譜分析技術(shù)適合油品質(zhì)量快速分析

與許多油品分析方法相比，近紅外光譜分析技術(shù)不僅是最新的，而且它的分析速度和分析效率也是最高的。使用近紅外光譜分析技術(shù)在很短的時(shí)間內(nèi)就可以分析油品的多種質(zhì)量參數(shù)如汽油的辛烷值(RON MON)、餾程、組成(PONIA)、蒸汽壓、烯烴(FIA)、苯含量、MTBE含量等；柴油的十六烷值、餾程、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、密度、多環(huán)芳烴、詳細(xì)族組成、苯胺點(diǎn)等等。

(四)近紅外光譜分析技術(shù)可以廣泛地用于汽油調(diào)合及測(cè)定汽油組成方面。首先，汽油產(chǎn)品是多種汽油調(diào)合組分調(diào)合而成。在線近紅外在汽油調(diào)合生產(chǎn)工藝中，能夠及時(shí)提供各調(diào)合組分和成品的組成、辛烷值、烯烴含量、苯含量、蒸汽壓和終餾點(diǎn)等重要質(zhì)量參數(shù)。對(duì)于最大限度降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品合格和產(chǎn)品及時(shí)裝車出庫，不堵罐都有著重要意義。其次，近紅外光譜(NIR)法作為一種快速分柄方法，被廣泛應(yīng)用于石油產(chǎn)品的性質(zhì)及組成分析。其優(yōu)越性是快速、低消耗、無污染、能在線分析，更適合生產(chǎn)和控制的需要。作為一科間接測(cè)試技術(shù)，近紅外光譜方法是通過已建立的校正模型和未知樣品光譜的采集，預(yù)測(cè)樣品的性質(zhì)和組成。當(dāng)然要獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，必須對(duì)試樣光譜進(jìn)行預(yù)處理，并且具備可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和正確的建立校正模型的方法。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

梁紅(1973—)，女，遼寧省昌圖縣人，本科，大慶煉化公司質(zhì)量檢驗(yàn)部技術(shù)工程師