文档介绍：近几年近红外光谱分析技术在石油化工中的应用
曾雪仪
摘要:本文介绍了近红外光谱的研究现状和工作原理,并重点评述了我国近几年来,运用近红外光谱分析技术对石油化工行业的研究与应用进展。
关键词:近红外光谱;工作原理;石油化工;应用
1引言
长期以来,各行各业的分析工作者都期盼着能有一种分析方法,可以快速反馈原料中间产物以及产品的质量状况。20世纪80年代后期迅速发展起来的近红外光谱技术,在一定程度上满足了上述要求,引起诸多行业人员的关注[1]。
近红外光谱分析方法是一种间接分析方法,它是光谱测量技术、化学计量学技术和基础测量技术的有机结合,可以快速、高效地对样品进行定性和定量分析。与传统分析技术相比,近红外光谱分析技术通过对样品的一次近红外光谱简单测量,即可在几秒至几分钟之内同时测定一个样品的几种至十几种性质数据或浓度数据,而且被测样品用量小、无破坏、无污染,具有高效、快速、成本低和绿色的特点。因此,近红外光谱分析技术广泛应用于众多领域。在石油化工领域,近红外光谱的最早也是最成功的应用是测定汽油的辛烷值和族的组成。此后多年中,近红外光谱几乎用于石油化工的各个环节,并取得了良好的应用效果和经济效益。
国际上,近红外光谱经过近半个世纪的发展,已走过了所谓的概念炒作期,进入了稳步发展的平台期。实践证明,以近红外光谱为主力军的过程分析技术为发达国家的工业信息化与自动化的深度融合起到了决定性的作用,它所提供的快速、实时测量信息可使工农业生产过程保持最优化的控制,在显著提高产品质量的同时,降低生产成本和资源消耗,从而优化资源配置,给企业和社会带来了丰厚的经济回报。这也是近红外光谱技术之所以生生不息的生命力所在[2]。
2 工作原理
近红外光(nearinfrared,NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR或IR)之间的电磁波,美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为波长780~2526nm的光谱区(波数为12820~3959cm-1),习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域。
近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息,它常常受含氢基团X—H(X为C、N、O)的倍频和合频的重叠主导,所以在近红外光谱范围内,测量的主要是含氢基团X—H振动的倍频和合频吸收[3]。
获得近红外光谱主要应用两种技术:透射光谱技术和反射光谱技术。透射光谱(波长一般在700~1100nm范围内)是指将待测样品置于光源与检测器之间,检测器所检测的光是透射光或与样品分子相互作用后的光(承载了样品结构与组成信息)。若样品是混浊的,样品中有能对光产生散射的颗粒物质,光在样品中经过的路程是不确定的,透射光强度与样品浓度之间的关系不符合Beer定律。对这种样品应使
用漫透射分析法。反射光谱(波长一般在1100~2500nm范围内)是指将检测器和光源置于样品的同一侧,检测器所检测的是样品以各种方式反射回来的光。物体对光的反射又分为规则反射(镜面反射)与漫反射。规则反射指光在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射;漫反射是光投射到物体后(常是粉末或其它颗粒物体),在物体表面或内部发生方向不确定的反