近紅外光譜分析技術(shù)在石化油品分析中的應(yīng)用分析

肖金玲

摘 要：近紅外光譜分析技術(shù)在石油化工企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，是對(duì)石油化工產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和快速分析測(cè)試非常理想的技術(shù)手段之一?，F(xiàn)代的近紅外光譜分析技術(shù)有機(jī)地結(jié)合了紅外光譜分析技術(shù)、基礎(chǔ)分析技術(shù)與化學(xué)測(cè)量分析技術(shù)等三種測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速高效地對(duì)各種化工化學(xué)樣品進(jìn)行組分、性能和質(zhì)量的分析。目前，石油化工煉油生產(chǎn)過程中，近紅外光譜分析技術(shù)在油品分析過程中應(yīng)用較為廣泛，通過利用近紅外光譜分析技術(shù)更準(zhǔn)確地對(duì)油品成分和質(zhì)量進(jìn)行分析。本文重點(diǎn)闡述了近紅外光譜分析技術(shù)在石油化工油品分析中的應(yīng)用， 并簡單介紹了近紅外光譜分析技術(shù)的特點(diǎn)和分析原理。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜；分析；油品分析；樣品

近紅外光譜分析技術(shù)是石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中所必須依靠的重要分析技術(shù)之一，該技術(shù)已成為對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行定性分析和結(jié)構(gòu)分析的有力手段。近紅外光譜分析技術(shù)利用其具備高效節(jié)能、安全性高、無污染的優(yōu)越性已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)，包括石油開采、化工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，通過參考物理參數(shù)數(shù)值分析滿足生產(chǎn)的需要。近紅外光譜分析技術(shù)具有被分析樣品用量需求少、無污染、無破壞、快速、高效、綠色環(huán)保和成本低等特點(diǎn)，在短短的幾秒時(shí)間內(nèi)即可同時(shí)測(cè)量被分析有機(jī)物的十幾種質(zhì)量參數(shù)，有效地降低了化驗(yàn)分析設(shè)備的投資與維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了分析過程的綠色化和測(cè)量信號(hào)的數(shù)字化，具有典型的現(xiàn)代化技術(shù)特征。因此，在石油化工企業(yè)化驗(yàn)分析過程中，近紅外光譜分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)化工產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和快速分析測(cè)試的所必須依靠的重要的分析技術(shù)。

一、近紅外光譜分析技術(shù)的分析原理

由于紅外光輻射的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于紫外光輻射的能量，因此，當(dāng)紅外光照射到需要進(jìn)行分析的樣品時(shí)，紅外光輻射的能量不能引起分子中電子能級(jí)的躍遷，而只能被進(jìn)行分析的樣品分子吸收，引起分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。由分子的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的連續(xù)吸收光譜稱為紅外吸收光譜。紅外吸收光譜分為近紅外光區(qū)、中紅外光區(qū)和遠(yuǎn)紅外光區(qū)等三個(gè)區(qū)域。在紅外吸收光譜的三個(gè)區(qū)域中，近紅外光譜是由分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的振動(dòng)光譜。而大多數(shù)有機(jī)化合物分子產(chǎn)生的都是振動(dòng)光譜，所以近紅外光譜分析技術(shù)才得到重點(diǎn)研究。 近紅外光譜分析技術(shù)采用的是定量分析方法和定性分析方法。

1）定量分析方法。定量分析基本原理是依據(jù)朗伯-比爾定律進(jìn)行的，利用趨勢(shì)分析法、比率分析法、相互對(duì)比法、結(jié)構(gòu)分析法和數(shù)學(xué)模型法等方法，選擇具有普遍性的化學(xué)樣品當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)集，然后把需要進(jìn)行檢測(cè)的樣品利用掃描的方法掃描出近紅外光譜，將掃描出的光譜值代入到先前的數(shù)學(xué)模型之中得到預(yù)測(cè)值，通過預(yù)測(cè)值和化學(xué)測(cè)定值之間的相關(guān)值和標(biāo)準(zhǔn)差衡量模型的準(zhǔn)確度。在此結(jié)果中，如果模型的準(zhǔn)確度高就可以用此模型來測(cè)定分析樣品，但由于紅外吸收光譜測(cè)定多在可透過紅外光的固體介質(zhì)中進(jìn)行，在獲得的相鄰吸收峰較密集的帶狀譜帶中，吸收峰往往不對(duì)稱，因此進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格保持測(cè)定條件的一致，以獲得可靠的分析結(jié)果。

2）定性分析方法。近紅外吸收光譜進(jìn)行有機(jī)化合物定性分析可分為兩個(gè)方面，一是官能團(tuán)定性分析，二是結(jié)構(gòu)分析。近紅外光譜分析技術(shù)定性分析法是利用相同樣品在波長不同的條件下具有相同的光譜的特征，借助峰位鑒別法、模式鑒別法、聚類分析法等分析方法，使各種樣品實(shí)現(xiàn)聚類識(shí)別，最后結(jié)合某一樣品的定量數(shù)據(jù)模型判斷其物理參數(shù)數(shù)值。

定量分析方法和定性分析方法作為兩種不同性質(zhì)的測(cè)量技術(shù)，區(qū)別在于定性分析的方法主要是依據(jù)紅外光譜圖譜，憑借樣品光譜反映出的樣品組成和結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行測(cè)定分析；而定量分析則需要測(cè)定樣品的相應(yīng)數(shù)值，要求是較高的精確的。

二、近紅外光譜分析技術(shù)在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

近紅外光譜分析技術(shù)是針對(duì)各種樣品進(jìn)行快速檢測(cè)和即時(shí)分析是一種十分理想的技術(shù)手段，是石油開采和石油化工檢測(cè)過程中所依賴的分析技術(shù)之一。在化驗(yàn)分析過程中，根據(jù)光譜提供的樣品性質(zhì)及過程產(chǎn)物性質(zhì)，生產(chǎn)裝置實(shí)時(shí)對(duì)操作條件和工藝過程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，控制和優(yōu)化生產(chǎn)裝置，從而提高石油化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

在石油化工企業(yè)油品分析過程中，近紅外光譜分析技術(shù)通過對(duì)石油性質(zhì)和各類指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)分析測(cè)試，得到相應(yīng)的分析數(shù)據(jù)后，利用數(shù)據(jù)及時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和操作條件，選擇有效的生產(chǎn)加工技術(shù)，從而提高石油利用率及石油產(chǎn)品質(zhì)量。

通常油品是由不同的組成成分構(gòu)成，這些不同組成成分的油品在紅外光譜圖上都有各自對(duì)應(yīng)的光譜特征。由于不同基團(tuán)產(chǎn)生的光譜在紅外光區(qū)吸收的峰位和程度不盡相同，伴隨著樣品組成的變化情況其在光譜圖上呈現(xiàn)的光譜特征也會(huì)隨之發(fā)生變化，變化的程度也就為在近紅外光譜的定性和定量分析過程提供了理論依據(jù)。除此之外，石油的油品樣品中烴類含量的變化的同時(shí)近紅外光譜的波度也會(huì)引起相應(yīng)變化，在變化過程中通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)采集到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)處理，得到樣品組成變化的數(shù)據(jù)。當(dāng)樣品組成發(fā)生不同程度的變化時(shí)，樣品的性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，同時(shí)樣品的光譜也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。近紅外光譜利用所反映的樣品性質(zhì)的變化情況，構(gòu)建樣品性質(zhì)變化與其對(duì)應(yīng)的近紅外光譜變化之間的聯(lián)系。

三、近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值分析

紅外光譜分析技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是技術(shù)本身的成套性，即必須同時(shí)具備三個(gè)條件：一是各項(xiàng)性能長期穩(wěn)定的近紅外光譜儀，是保證數(shù)據(jù)具有良好再現(xiàn)性的基本要求；二是功能齊全的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，是建立模型和分析的必要工具；三是準(zhǔn)確并適用范圍足夠?qū)挼哪Ｐ汀?/p>

在測(cè)量方式上，近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)于樣品是否是以固體、液體還是其他存在狀態(tài)都沒有限制。一般情況下，在對(duì)樣品進(jìn)行分析過程中，如果需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)先處理然后再進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量，那么就會(huì)增加生產(chǎn)投資成本費(fèi)用，加重企業(yè)生產(chǎn)負(fù)擔(dān)。但是，在石油化工企業(yè)中利用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)油品進(jìn)行化驗(yàn)分析，油品樣品可以進(jìn)行直接測(cè)量，簡化了操作步驟和化驗(yàn)分析過程。

利用近紅外光譜分析技術(shù)可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，并且可以將分析數(shù)據(jù)充分利用起來。在化驗(yàn)分析過程中根據(jù)樣品在紅外光譜圖中呈現(xiàn)的光譜特征，能夠高效率的確定被測(cè)樣品與原先測(cè)定樣品之間的差異，如果相同則可以直接使用資源；如果存在很大差異甚至不同則再用更精確的方法進(jìn)行分析，隨后將測(cè)量分析的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，這就避免了繁瑣的重復(fù)分析工作，提高了分析效率，降低了生產(chǎn)成本。與其它的各種油品分析方法相比較，利用近紅外光譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的最新化、分析結(jié)果的最精確化和分析效率的最快化。

結(jié)束語

近紅外光譜分析技術(shù)在石油化工企業(yè)中廣泛地應(yīng)用于油品質(zhì)量分析之中，可用于測(cè)定油品的等級(jí)、凝點(diǎn)、辛烷值、乙醇值等各種物性參數(shù)，并可用于油品的調(diào)和和測(cè)定組成成分，對(duì)分析油品質(zhì)量提供了有效而又簡便的方法，在煉油過程中最大限度的降低了生產(chǎn)成本，保障油品質(zhì)量合格，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬樹俠.淺談近紅外光譜分析技術(shù)在油品分析中的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易，2013（08）.

[2]馮新瀘，史永剛. 近代紅外光譜及其在石油產(chǎn)品分析中的應(yīng)用[M].北京：中國石化出版社，2002.

[3] 吳雙. 紅外光譜分析技術(shù)在油品分析中的應(yīng)用探索[J].化工管理，2017，（26）.