馮利

（黑龍江省煤田地質(zhì)測試研究中心，黑龍江 哈爾濱 150046）

近紅外光譜技術(shù)是一種快速、高效的檢測分析技術(shù)，其主要是利用近紅外光譜對物質(zhì)基團吸收較強的特性，實現(xiàn)對物質(zhì)化學(xué)和物理特征的定量和定性分析，具有在線檢測、檢測速度快、不消耗化學(xué)試劑、無污染、檢測準確度高等優(yōu)勢，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于煤質(zhì)檢測分析中，并為煤炭行業(yè)的良好發(fā)展提供了有效的保障作用，因此，探究近紅外光譜技術(shù)在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用具有重要的研究意義。

1 近紅外光譜技術(shù)的概念

近紅外光譜技術(shù)是一種利用物質(zhì)中基團（如N-H、C-H、S-H、O-H、C=C、C=O）對近紅外光譜吸收較強的特性，再根據(jù)這些有機物質(zhì)的近紅外光譜信息，定性測量和分析其對應(yīng)物理、化學(xué)特征的現(xiàn)代化檢測分析技術(shù)，該項檢測分析技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于食品、制藥、石油化工生產(chǎn)等多個領(lǐng)域，具有良好的檢測分析價值。

2 近紅外光譜技術(shù)在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 氫含量檢測分析

氫元素是煤炭中的主要有機物質(zhì)，通過測定煤炭中的氫元素含量不僅能準確計算出煤炭的實際發(fā)熱量，同時，依托燃燒溫度理論和實際燃燒設(shè)備的支持，還能明確燃燒溫度上的熱平衡狀況。以往，檢測人員多采用三節(jié)爐法測量煤炭中的氫含量，這種檢測方法操作復(fù)雜、在余熱過程中儀器耗時較長、易受到環(huán)境及人為因素的影響以及易產(chǎn)生較多的對環(huán)境造成污染的廢棄物，因此，其已難以適應(yīng)現(xiàn)代的煤炭檢測分析要求。而現(xiàn)代研究人員通過采用近紅外光譜技術(shù)對煤炭中的氫含量進行檢測分析，發(fā)現(xiàn)近紅外光譜技術(shù)測量只需200～300s，另外，其還具有檢測準確度高、操作流程簡便、耗費成本低等多種優(yōu)勢。劉長江等人通過采用F與t檢驗法分析和對比國標法與近紅外光譜法測定煤中氫含量的精密度、準確度，發(fā)現(xiàn)兩種檢測方法差異并不顯著，充分說明了近紅外光譜技術(shù)在煤質(zhì)氫含量檢測分析中具有較高的可行性和準確性。

2.2 水分檢測分析

水分分析也是煤質(zhì)分析中的一個重要指標，若煤炭中的水分含量過高，便會導(dǎo)致煤炭的有用成分大大降低，另外，其還會影響煤炭的加工利用、存儲及運輸?shù)榷鄠€方面的性能，基于此，在使用煤炭的過程中，需采用有效的檢測技術(shù)對煤質(zhì)中的水分進行測定。以往，檢測人員多采用空氣干燥法、通氮干燥法、微波干燥法對煤質(zhì)水分進行測定分析，均具有檢測周期較長、重復(fù)性差等缺陷，而現(xiàn)代檢測人員通過采用近紅外光譜技術(shù)構(gòu)建煤炭中水分的測驗?zāi)Ｐ?，再采用多元線性回歸的方法繪制出回歸方程，能使人工化驗所得數(shù)值與方程計算出的預(yù)測值相關(guān)系數(shù)達到0.97，定標標準差為0.5，符合國標重復(fù)性限0.5要求，因此，近紅外光譜技術(shù)現(xiàn)已被不少煤炭企業(yè)用于煤質(zhì)分析檢測中。

2.3 全硫檢測分析

煤炭在燃燒過程中會產(chǎn)生較多的含硫氣體，如S02、S03等，其中S02氣體排放到空氣中，會嚴重污染大氣環(huán)境，S03氣體排放到空氣中易與水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽，在降雨時，硫酸蒸汽則會隨著雨水降落到地表，對鋼鐵、碳酸鹽制品等產(chǎn)生腐蝕，因此，在實際生產(chǎn)過程中，還需對煤質(zhì)中的含硫成分進行測定，才能更好的保護大氣環(huán)境。以往，檢測人員常采用高溫燃燒中和法、庫侖法、艾氏卡法等檢測方法測定煤質(zhì)中的含硫成分，其中，高溫燃燒中和法、庫侖法雖能實現(xiàn)自動化檢測，但是，其需使用較多的化學(xué)物質(zhì)，從而易造成較大的環(huán)境污染，采用艾氏卡法進行煤質(zhì)全硫檢測分析雖然耗時較短，但是，其需經(jīng)過稱量、過濾、水洗、灼燒等繁瑣操作，另外，測試過程中還需應(yīng)用到多種高危險試劑，如BaCl2、HCL等，從而易對檢測人員的人身安全產(chǎn)生一定的威脅，并且，在實驗中還會存在較多人為影響的因素，進而難以保證檢測的效果。隨著近紅外光譜技術(shù)的出現(xiàn)和在煤質(zhì)檢測分析中的應(yīng)用，不少研究人員均證實，近紅外光譜技術(shù)測硫具有良好的選擇性和重復(fù)性，并且，其還能有效保障檢測結(jié)果的準確性。如張穎等人的研究報告中證實了采用近紅外光譜技術(shù)測定煤中硫含量，具有檢測快速、選擇性高、準確高等優(yōu)勢。皮中原等人采用近紅外光譜技術(shù)對實際煤質(zhì)樣品和國家標準物質(zhì)全硫含量進行測定分析，該種檢測方法測定的煤樣準確度、重現(xiàn)性均符合國家標準要求。

3 近紅外光譜技術(shù)在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用展望

近紅外光譜技術(shù)融合了基礎(chǔ)測量技術(shù)、光譜測量技術(shù)及化學(xué)計量等多種技術(shù)，不僅具有檢測操作方便快捷、安全、分析速度快和效率高、污染少等優(yōu)勢，同時，其還能對煤質(zhì)進行準確的定量和定性分析，因此，該項檢測分析技術(shù)將具有良好的應(yīng)用發(fā)展空間。以下是筆者對近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用提出的幾點展望。

3.1 加強近紅外光譜在煤質(zhì)分析中的標準編制研究

雖然，我國已廣泛的將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用在煤質(zhì)檢測分析中，但是，由于該項檢測技術(shù)在我國應(yīng)用發(fā)展起步較晚，導(dǎo)致我國將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于煤質(zhì)分析方面的檢測標準和儀器設(shè)備較為落后，目前國內(nèi)關(guān)于近紅外光譜技術(shù)檢測煤質(zhì)方面的標準缺乏，僅測定煤質(zhì)中全硫含量具有國家標準，而國外已制定了較多煤質(zhì)分析項目的檢測標準，如ASTM測定煤中全硫、氮及碳氫含量標準，ISO測定煤質(zhì)中全硫含量標準等，這種現(xiàn)象極大地制約了檢測人員及質(zhì)檢部門對近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用，因此，相關(guān)部門需不斷加強近紅外光譜在煤質(zhì)分析中的標準編制研究，盡早編制出規(guī)范的檢測標準。

3.2 加強煤質(zhì)項目譜圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究

煤質(zhì)項目譜圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)是保障近紅外光譜技術(shù)能夠準確測定和分析煤質(zhì)的基礎(chǔ)條件，因此，它的作用不容被忽視，然而，我國目前在煤質(zhì)分析項目中建立的譜圖數(shù)據(jù)庫并不完整，從而會對近紅外光譜在煤質(zhì)分析檢測中的應(yīng)用產(chǎn)生一定的制約作用，基于此，就需相關(guān)部門不斷加強對煤質(zhì)分析項目專屬譜圖數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。

3.3 加強其他技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)相結(jié)合的模型研究

雖然，在煤質(zhì)分析中應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)建立的預(yù)測模型能有效保障煤質(zhì)檢測分析的精確度，但是，為最大限度的降低其與國際標準預(yù)測值的差距，還需不斷探尋該項技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合的模型，如結(jié)合主成分分析法（PCA）、多元線性回歸法（MLR）、偏最小二乘法（PLS）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（ANN）等校正方法，才能促進預(yù)測模型的預(yù)測精度不斷提升。

3.4 加強近紅外光譜技術(shù)在其他煤炭檢測項目中的應(yīng)用

采用近紅外光譜技術(shù)進行物質(zhì)分析檢測具有操作簡單、分析速度快、受人為影響小、重復(fù)性好、準確度高等多種優(yōu)勢，并且，其還能實現(xiàn)大批量檢測，因此，它的檢測分析作用不應(yīng)局限于單純的煤質(zhì)分析，而是需不斷擴大其在其他煤炭檢測項目中的應(yīng)用空間，如煤灰成分分析、哈氏可磨性指數(shù)檢測分析等。

4 結(jié)語

煤炭是我國重要的煉鋼、煉焦及動力燃燒方面的原材料，煤炭的這些用途與煤質(zhì)的好壞又具有密切的關(guān)聯(lián)，因此，在實際生產(chǎn)過程中，往往需采用相關(guān)檢測技術(shù)對煤質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)等進行檢測和分析。關(guān)于煤質(zhì)檢測分析的傳統(tǒng)方法有多種，這些傳統(tǒng)檢測方法均存在或多或少的缺陷，如檢測操作復(fù)雜、工作效率低、污染高等，隨著近紅外光譜技術(shù)在煤質(zhì)檢測分析中的應(yīng)用，不少研究均證實，其在煤炭中氫含量、水分、全硫等煤質(zhì)檢測分析方面均具有良好的應(yīng)用價值，不僅具有操作簡單、分析速度快、受人為影響小、重復(fù)性好、準確度高等多種優(yōu)勢，還能實現(xiàn)大批量檢測，可見，其為煤質(zhì)分析應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。但是，由于該項檢測分析技術(shù)在我國應(yīng)用發(fā)展起步較晚，其也存在一定的不足，如檢測設(shè)備落后、檢測標準缺乏以及煤質(zhì)項目譜圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)不完整等，因此，相關(guān)部門需不斷加強近紅外光譜在煤質(zhì)分析中的標準編制研究、加強煤質(zhì)項目譜圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究、加強其他技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)相結(jié)合的模型研究以及加強近紅外光譜技術(shù)在其他煤炭檢測項目中的應(yīng)用，才能使得該項技術(shù)具有更好的發(fā)展空間。