近紅外光譜分析技術在化工領域的研究應用

余璐（東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088）

近紅外光譜分析技術在化工領域的研究應用

余璐（東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088）

近紅外光譜技術是當今時代專注于解析測試機構的一項新技術。該文主要對近紅外光譜的相關技術的一些情況和具體情況進行了介紹，簡述了此項技術在石油化工等領域上的運用，討論了近紅外光譜解析技術在煉油企業中的發展形勢。

近紅外光譜解析；石油化工

近紅外光譜(NIR)是最近幾年來推進極快的高新型解析技術。當前僅有50多個國家和地區進行了此項技術的研究和開發，尤其是大部分發達國家在這項技術的展示上尤為顯眼，這些國家具備宏大的各類NIR的解析設備，并運用在了諸多領域，其中有研究型、專用型以及便攜型，另外也有直接作用于工業生產的技術分析和研究領域。

我國從上個世紀80年代起就已經著手進行NIR技術的研究和開發，重點選放在對于農產品質量的研究和探討上。從上個世紀90年代中期開始，國內的諸多科研院所和大中型的學校就已投入到了符合國內形勢的NIR系統的解析技術，另外也有大量的學者發表了許多設計NIR的機理和運用的論述性文章，從而為此項技術的廣泛推廣打下了基礎，并因此開啟了我國NIR研究開發和運用的新的態勢。最近幾年我國在設備硬件、化學計量以及分析模型和具體的操作上都取得了不錯的成績，此項技術的發展已普及開來。

1 近紅外光譜解析技術的特點

和一般的化學解析形式不同，近紅外光譜技術有著其與眾不同的一面，主要體現在以下幾個方面：

1.1 多組分同期性測定

借助于一次的全光譜掃描操作，就可以取得樣品中各個化學成分的光譜數據，然后再由相關的數學模型進行測算，這樣最終就能夠取得樣品多類化學成分的比例。

1.2 樣品的不需預處理操作

由于近紅外光區域內光散射的效應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可以使用漫反射的形式來進行樣品的直接性測定操作。

1.3 解析不具有破壞性

近紅外光譜在解析當中僅僅是得到了樣品的光譜信號資料，所以不需要其他試劑的參與即可完成，因此在測定時絕對不會對樣品以及樣品的性能等造成破壞。此項特點在生物學研究中對采樣技術以及試驗的策劃等同樣有研究價值。

1.4 解析的速率塊

因為此項技術的掃描速率極快，因此可在較短的一個時間段內完成一個樣品的全光譜圖，掃描的具體時間可以依照試驗的具體要求來進行個性化的設定，平均的光譜掃描的時間在1到60秒之間，另外把收集到的光譜運用到架構好的數學模型中可以較快的測算出樣品的某一項的成分含量。

1.5 遠程測定和實效性解析

在線解析的方式擁有遠程收集樣品光譜以及實效性解析的能力，其能夠借助于光導纖維技術遠離主機進行取樣的操作，另外把光譜信號實時的傳送回主機進行解析，從而快捷的測算出樣品的即時含量和相應的性質類別。

1.6 測定重現性良好

光譜測定具有極好的重現性，并且其測試的結果受人為的干擾因素較少，和一般的化學形式相比，近紅外光譜的解析通常會表現出更為優良的重現性和準確性。

1.7 不適應痕量解析和分散性樣品的解析

在架構近紅外光譜方式之前，首先應布置相應的人物、物力和財力的儲備，從而完成一個精確性的校正模型的構建。所以進行時常的水平操控是非常實用和快捷的，然而受到簡單一二次解析或是分散性樣品的因素限制，其的實施還不是很通暢。

2 近紅外光譜解析技術在石油化工領域的應用

根據前面的敘述可以看出，有機化合物在近紅外光部分的采集主要是含有氨基團的各類倍頻和合頻采集的譜帶。而石化產品主要是以烴類為基本元素，其正符合含氨基團的物質特性，產品的性質也多是受此區域影響，這是近紅外光譜技術能夠作為石化產品性質測定的前提。當今國外已經報道了許多近紅外光譜的技術運用實例，而國內也有許多家企業運用了這項技術進行生產的中間環節的操控，并且都得到了很好的實踐。DurmusOzdemir研究專家針對近紅外光譜和遺傳多變量修正的手段用來檢測汽油等值的三種方法進行比較探討，明確了三種方法皆可以應用于汽油等值的測定，但應用遺傳回歸和遺傳逆最小方差則具備更小預測誤差的優勢。Yao等人在提出一種最小的方差來支撐向量機(LSSVM)作為汽油等值的方式，其操作的時間更短，并且極易實時性的測試和檢驗。包鑫等相關人員依照當今近紅外光譜解析中模型傳送形式上的限制，使用多項技術的方式消除噪聲等外部干擾，另外在處理的時候實施波長寬度和卷積窗口寬度的優性處理。在經過操作后的標準化譜圖既可以進行光譜建模的解析。此類方法不需要預先大量樣本的獲取和同一樣本在不同條件下的對照試驗，對于一系列汽油樣本的試驗結果顯示，通過此類方法可以使得光譜得到最大程度的優化，另外最終的譜圖的優性功效也取得了大眾的信賴。徐新舉等人則是借助于化學軟件，使用最為科學的模型設計來進行操作，和規范的方法相比，汽油的誤差等都符合國際的最優指標。

3 結語

近紅外光譜的解析技術借助于化學的一些手段，把近紅外光譜和被測對象的性質緊密的聯系起來，通過二者之間的函數關系建立，得到了含氨基團的詳細的特點數據。石化產品的關鍵成分都是含氨基團，所以近紅外光譜解析技術是十分切合石化產品組分和性質的解析操作，另外其在石油化工等領域也具有很廣的推廣空間。

[1]曹干.現代近紅外光譜分析技術在農業研究中的應用[J].廣東農業科學，2004，增：26～31.

[2]屈健.近紅外光譜法在飼料檢測中的應用[J].飼料廣角2004.14：29～31.