柴油硫含量的中紅外光譜技術檢測方法

吳意囡，詹白勺

（1.臺州市質量技術監督檢測研究院，浙江臺州 318000；2.臺州學院，浙江臺州 318000）

柴油硫含量的中紅外光譜技術檢測方法

吳意囡1，詹白勺2

（1.臺州市質量技術監督檢測研究院，浙江臺州 318000；2.臺州學院，浙江臺州 318000）

對獲取的柴油原始光譜數據分別采用遺傳算法（Genetic algorithms，GA）提取特征波長，然后采用了PLS（Least square regression）建立預測模型，結果表明：GA-PLS算法精度較高，RPD為1.95，RMSEP為0.028 6，r2pre為0.88，可以用于柴油硫含量的快速檢測。

中近紅外光譜；柴油硫含量；遺傳算法

柴油中的活性硫能直接腐蝕金屬，非活性硫化物燃燒后會形成亞硫酸或硫酸，嚴重腐蝕發動機機件。還能使氣缸壁和曲軸箱的潤滑油變質。因此，柴油硫含量是判斷柴油品質的重要指標之一，測定柴油的硫含量，對于正確評價柴油品質等方面的研究有很強的現實意義[1,2]。傳統的柴油硫含量檢測分析速度慢、損害環境和單項目分析，不能夠滿足快速、實時、低成本和無污染檢測柴油硫含量的現實需求。近紅外光譜檢測技術因其原位檢測、低成本、環境友好、快速和多項目同時檢測等特點，在柴油硫含量檢測研究領域得到了快速發展[1,3]。

1 材料和光譜采集

本研究采集的柴油樣本來自臺州市質量技術監督研究院，樣本取自臺州地區各市區縣加油網點。本實驗中近紅外光譜檢測儀器選用WQF-510A中紅外光譜儀見表1。

表1 建模集和預測集柴油硫含量統計分析

2 結果與討論

2.1 光譜預處理

分別對原始光譜進行標準正態變量變換（SNV）、一階微分（SG+1st derivative）、多元散射校正（MSC）預處理，從而確定較優的光譜預處理方法。采用PLS建模方法對這些預處理后的光譜進行建模分析，本研究采用PLS建模，模型評價指標有剩余預測偏差（RPD）、決定系數（R2）和均方根預測誤差（RMSEP）。

從表2可以看出：通過比較，采用原始光譜建模結果最優，出現這種結果的原因或者是因為采集光譜時，原始數據不受環境光的影響，散射影響小，故后面的算法分析以原始光譜為基礎進行。

表2 柴油樣本PLS模型光譜不同預處理結果

2.2 特征波長提取

遺傳算法（GA）選取特征波長是通過頻率值來確定建模變量的數量[7,8]，運行遺傳算法得到的response（% C.V.variance）和預測誤差RMSEC如圖1所示。圖2中橫線表示變量閾值，橫線上面變量表示保留變量，橫線下面變量將不用于建模分析。

圖1 遺傳算法得到的response（% C.V.variance）和RMSEC

圖2 遺傳算法挑選特征波長的頻率值

2.3 建模分析

為了評價GA選取特征波長的有效性，GA選擇的變量有16個，建立PLS的模型，并將選取的特征波長分別作為輸入得到的建模結果如表4所示。其精度是RPD為1.95，RMSEP為0.028 6，r2pre為0.88見表3。

表3 基于GA選取特征波長的PLS模型結果

3 結論

本文應用近紅外光譜分析技術檢測柴油硫含量，使用GA的變量選擇特征波長，并將選取的特征波長輸入至PLS模型中驗證，結果表明：GA算法得到的特征變量代表性好，精度為RPD為1.95，RMSEP為0.028 6，r2pre為0.88。該方法可以用來建立柴油硫含量快速檢測。

[1] Kordulis C，Bourikas K，Gousi M，et al.Applied catalysis B： environmental，2016，181：156.

[2] 李敬巖，安曉春，田松柏，等.柴油十六烷值快速分析技術研究[J].石油煉制與化工，2016，47(5)：101-107.

[3] 方孝榮，章海亮，黃凌霞，等.近紅外光譜技術結合RCA和SPA方法檢測土壤總氮研究[J].光譜學與光譜分析，2015，35(5)：1248-1252.

D e t e r mi n a t i o n o f S u l f u r C o n t e n t i n D i e s e l b y Mi d-i n f r a r e d S p e c t r o s c o p y

Wu Yi-nan，Zhan Ba-shao

In this paper，we use genetic algorithm（GA）to extract the characteristic wavelengths of the original spectral data of diesel fuel，and then use PLS（least square regression）to establish the prediction model.The results show that the GA-PLS algorithm has high accuracy，1.95，RMSEP 0.028 6，r2pre0.88，can be used for rapid detection of diesel sulfur content.

near-infrared spectroscopy；diesel sulfur content；genetic algorithm

O433

A

1003-6490（2017）08-0073-02

2017-06-02

臺州科技計劃項目（162gy45）。

吳意囡（1977—），女，浙江臺州人，高級工程師，主要從事光譜檢測研究。