近紅外檢測(cè)在油品調(diào)和中的應(yīng)用

劉延?xùn)|

摘 要：早在20世紀(jì)60年代，一些專(zhuān)家就提出近紅外光譜技術(shù)的相關(guān)理論，即物質(zhì)含量與近紅外區(qū)域內(nèi)多個(gè)不同波長(zhǎng)點(diǎn)吸收峰呈線性關(guān)系。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家工作，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中的水分、蛋白、脂肪等，近紅外技術(shù)在農(nóng)副產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各種新理論、新技術(shù)相繼提出，近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用也得到不斷完善。本文重點(diǎn)分析了近紅外技術(shù)的工作原理，探討了近紅外技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以石油調(diào)和為例，深入分析了近紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：近紅外檢測(cè) 油品調(diào)和 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TS225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（a）-0088-02

隨著時(shí)間的變遷，在人類(lèi)和自然的共同作用下，越來(lái)越多的東西在刻意和不經(jīng)意間被創(chuàng)造或者改變，使得世界永遠(yuǎn)都迷霧重重，值得每個(gè)人去發(fā)現(xiàn)和探究。而近紅外技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和延伸，為研發(fā)領(lǐng)域和國(guó)家監(jiān)管等方面的突破和發(fā)展帶來(lái)了曙光，其在油品檢測(cè)中的應(yīng)用就是對(duì)未知領(lǐng)域深入挖掘和了解的一個(gè)重要代表，為科學(xué)的進(jìn)一步深入和創(chuàng)造奠定了基石。

1 近紅外檢測(cè)的理論基礎(chǔ)

紅外光分為近紅外光、中紅外光和遠(yuǎn)紅外光3個(gè)區(qū)，不同的區(qū)波長(zhǎng)范圍不同，使用功能也不盡相同。而近紅外光是被定義在780～2526nm波長(zhǎng)的光譜區(qū)，由于其簡(jiǎn)單方便、檢測(cè)成本低、無(wú)損檢測(cè)、分辨率高等特點(diǎn)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。其主要是利用分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒定化合物的。也就是說(shuō)，當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的光透過(guò)樣品時(shí)，樣品中某個(gè)分子的振動(dòng)頻率或者轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與紅外光的頻率一致時(shí)，該分子就會(huì)吸收紅外光譜的能量，從而發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，并通過(guò)儀器將分子吸收紅外光的情況記錄下來(lái)，就形成了紅外光譜，再利用所形成的紅外光譜去分析樣品中含有的化合物。當(dāng)然，也不是所有的分子都會(huì)吸收紅外光，這個(gè)時(shí)候就需要滿足第二個(gè)條件，即紅外光與分子間需產(chǎn)生耦合作用，這就引入了一個(gè)詞“偶極矩”，只有偶極矩發(fā)生變化時(shí)，才能保證分子吸收了紅外光的能量，減少了對(duì)那些紅外非活性分子的遺漏，使得檢測(cè)更為精確性。除此之外，值得注意的是每個(gè)分子每次吸收紅外光后形成的紅外光譜都不一定是一個(gè)定值，這跟分子所處的物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境有關(guān)，如環(huán)境溫度、溶劑濃度等，不同的環(huán)境分子對(duì)紅外光的吸收不相同，但都是在一個(gè)較窄范圍內(nèi)波動(dòng)，因此在檢測(cè)中應(yīng)定性分析和定結(jié)構(gòu)分析。

2 近紅外檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

2.1 近紅外光檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

近紅外光作為一種介于可見(jiàn)光與中紅外光之間的電磁波受到專(zhuān)家的高度重視。近紅外技術(shù)以其自身特有的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于材料檢測(cè)等領(lǐng)域。它的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）簡(jiǎn)單方便。近紅外技術(shù)有不同的檢測(cè)器件，對(duì)于不同的產(chǎn)品可以選擇不同的器件進(jìn)行直接檢測(cè)，檢測(cè)材料可以包括液體、固體、半固體等，同時(shí)它的成本相對(duì)較低。

（2）速度快。通過(guò)近紅外技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，分析速度較快，一般情況下，1min之內(nèi)可以完成檢測(cè)分析，效率高。

（3）檢測(cè)容易。近紅外技術(shù)主要依托于光導(dǎo)纖維進(jìn)行工作，而光導(dǎo)纖維在材料中發(fā)現(xiàn)，有助于在線分析和檢測(cè)工作的開(kāi)展。這項(xiàng)技術(shù)也適合在生產(chǎn)過(guò)程和惡劣環(huán)境中進(jìn)行工作，方便易行。

（4）分辨率高。近紅外技術(shù)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)組進(jìn)行定性和定量的分析，效率高、分辨率高。

此外，近紅外技術(shù)在工作中也能夠?qū)崿F(xiàn)不損傷樣品材料。近紅外技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)使其在油品調(diào)和中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)也存在一些缺陷，需要專(zhuān)業(yè)人員不斷探索、完善。

（1）近紅外技術(shù)在工作過(guò)程中需要大量代表性強(qiáng)、化學(xué)值已知的樣品建立初步模型，因此它不適合應(yīng)用于小批量的樣品分析。

（2）近紅外技術(shù)采用的模型需要不斷更新，這主要是因?yàn)閮x器狀態(tài)發(fā)生改變或標(biāo)準(zhǔn)樣品發(fā)生變化。

（3）模型的局限性制約著近紅外技術(shù)的檢測(cè)。每個(gè)儀器都有特定的模型，模型沒(méi)有統(tǒng)一的通用性，這就在很大程度上增加了模型使用的局限性。

近紅外技術(shù)在人們的生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)工作人員更應(yīng)該充分了解近紅外技術(shù)的特點(diǎn)，不斷探索、完善近紅外技術(shù)，創(chuàng)造更大的效益。

2.2 注意事項(xiàng)

近紅外檢測(cè)雖說(shuō)使很多事情變得簡(jiǎn)單明了，給研究帶來(lái)方便，但其對(duì)所要檢測(cè)的產(chǎn)品的要求也是非常高的。首先，樣品的純度必須高達(dá)98%或者符合相關(guān)商業(yè)要求，如果樣品的純度達(dá)不到要求，必須對(duì)樣品進(jìn)行提純，如進(jìn)行分餾、萃取、重新結(jié)晶等，這樣做的目的主要是便于與其他純化合物的光譜進(jìn)行比對(duì)。其次，樣品中不應(yīng)有水分，包括游離水和結(jié)晶水，如果樣品中含有水分，會(huì)吸收紅外光譜，對(duì)檢測(cè)造成干擾，所以在對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)之前應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理。最后，由于紅外線的吸收透光度在5%～20%之間，因此樣品的濃度和厚度應(yīng)當(dāng)要適當(dāng)。

3 近紅外檢測(cè)在油品中的應(yīng)用

近幾年，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，石油天然氣作為社會(huì)發(fā)展的主要能源之一，具有非常重要的作用。下面筆者以石油調(diào)和為例，詳細(xì)分析近紅外技術(shù)在油品調(diào)和中的應(yīng)用。近紅外技術(shù)的發(fā)展，不同于以往的繁瑣、周期長(zhǎng)、環(huán)境要求高的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，它不僅便捷，成本還低，極大地滿足了各方面的需求，同時(shí)滿足了人們生產(chǎn)生活對(duì)石油質(zhì)量的嚴(yán)格管控。

隨著國(guó)家全面建設(shè)小康社會(huì)步伐的跟進(jìn)，人們的生活水平越來(lái)越高，隨之而來(lái)的是石油產(chǎn)品的供不應(yīng)求，價(jià)格的不斷攀升，怎樣節(jié)約資源，改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)石油的完全利用，同時(shí)減小微小顆粒的排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)保，這也成為了社會(huì)最為關(guān)注的話題。而油品調(diào)和的出現(xiàn)，使得辛烷值的富裕量被極大地減少并實(shí)現(xiàn)了辛烷值的卡邊控制，這樣不僅滿足了國(guó)家對(duì)綠色環(huán)境和節(jié)約能源的追求，也滿足了石油產(chǎn)品的優(yōu)化配置，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此，被作為新世紀(jì)綠色能源的代表。而在煉制油品調(diào)和的過(guò)程中，辛烷值、烯烴等汽油成分的分析、檢測(cè)和穩(wěn)定性的鑒定等主要靠近紅外光譜的方法來(lái)完成。首先，對(duì)石油中各成分的含量進(jìn)行一個(gè)基礎(chǔ)的測(cè)定。其次，利用傅里葉變換近紅外光譜儀實(shí)現(xiàn)對(duì)石油樣品中各成分的紅外光譜的測(cè)定，并借助基礎(chǔ)測(cè)定的數(shù)據(jù)作為對(duì)照，進(jìn)行定量校正建模。最后，對(duì)建立的模型進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以追求數(shù)據(jù)達(dá)到最優(yōu)。

石油產(chǎn)品的檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)水分、餾程、粘度、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)以及氮鹽含量等各方面的測(cè)定，這就需要石油具有相應(yīng)的特質(zhì)，滿足石油產(chǎn)品的使用性能。多方面研究表明，利用近紅外光可以快速且精準(zhǔn)地檢測(cè)石油的各項(xiàng)指標(biāo)。在近紅外技術(shù)檢測(cè)過(guò)程中大致可以分為兩部分。首先，在校正階段，工作人員需要收集大量樣品進(jìn)行測(cè)量，得到油品的質(zhì)量參數(shù)，采集近紅外光譜圖，其中質(zhì)量參數(shù)和近紅外光譜圖呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。其次，在預(yù)測(cè)階段，工作人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)檢索模型庫(kù)，選擇模型進(jìn)行計(jì)算。最終得到的就是油品的質(zhì)量分析結(jié)果。

近紅外光譜技術(shù)在油品檢測(cè)分析中的應(yīng)用不僅簡(jiǎn)捷快速，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但事無(wú)巨細(xì)，人無(wú)完人，其精確性常受到各種因素的影響，如在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，常受到石油中顆粒物的濃度、均勻度的影響，使得在分析時(shí)精準(zhǔn)度下降。因此，在利用近紅外技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)的相關(guān)注意事項(xiàng)，以求得更為精確的檢測(cè)，只有嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范要求，才能確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性，確保油品調(diào)和質(zhì)量能夠符合產(chǎn)品需求，帶來(lái)更大的效益。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著近紅外技術(shù)的發(fā)展和日益成熟，其檢測(cè)的科學(xué)性和精確性已被大眾認(rèn)可，并被多個(gè)領(lǐng)域廣泛使用，特別是在油品分析和檢測(cè)方面，為相關(guān)部門(mén)在對(duì)油品的監(jiān)管方面找到了突破口，也打破了生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)過(guò)程中的技術(shù)瓶頸，為進(jìn)一步研發(fā)和創(chuàng)造提供了物質(zhì)和理論基礎(chǔ)，不僅如此，其檢測(cè)的快捷和低成本，更是提高了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，為科學(xué)的發(fā)展和人類(lèi)的進(jìn)步做出了重大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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