近红外光谱分析技术在石化领域中的应用

陈旭良

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摘要：近红外光谱分析技术尽管是一项全新的技术，但对其的应用非常广泛，在化工分析领域的应用取得了理想的效果。因此，本文针对近红外光谱分析技术在化工分析领域的应用做出了进一步探究，对近红外光谱分析技术的发展以及原理、近红外光谱解析技术的主要特征、近红外光谱解析技术的缺点、在石油化工领域当中的实际应用给出了详细的分析。

关键词：近红外光谱；化工分析；应用

近红外光谱技术为应用有机化学物质，在波长为780～2526nm的近红外光谱区的电磁波的光学特征，能够对化学成分含量进行快速检测。现在，应为各项科学技术的进步和提升，近红外光谱的发展有了更大的进步，对于该项技术的应用，在农业、矿业以及医疗中有着广泛的应用，尤其是在化工分析领域有着巨大的价值作用，促进了化工行业的发展。

1近红外线光谱分析技术的发展以及原理

1.1  近红外线光谱分析技术的发展

近红外线为介于紫外—可见光以及中红外光当中的电磁波，波长的具体范围为780～2526nm。主要是分子在经过振动之后产生的非谐振性，可使分子发生振动，并从见基态向高能跃迁时产生见，这样便反映出含氢基团X-H振动的实际倍频以及合频吸收。不同的亚甲基以及甲基基团，或者相同的基团所处的化学环境不同，其近红外吸收波长和具体的强度都是不同的，近红外光谱的结构组成信息会更加丰富，所以在石化产品以及药品中有着非常广泛的应用。在20世纪70年代，近红外光谱区域被视为光谱当中的垃圾箱，在与中红外光谱进行比对之后便会发现，近红外光谱见的锐锋以及基线分离的锋比较少，很多都是重叠的宽谱带，没有相应的指纹性。其中，倍频以及合频吸收会非常容易受到氢键和温度的影响，所以不能使用传统的红外光谱学方式鉴定分子结构。因为这些原因对该项基础产生了非常严重的影响，一直到20世纪80年代，因为化学计量学以及光纤的发现，加之计算机技术以及检测设备的普及应用，近红外线光谱慢慢的得到了发展，被确立为独立的分析技术。因为现代化计量学的发展，近红外线光谱不但可以实施定量分析工作，还能应用在定性分析当中。当前，在工农业的生产质量监控中发挥出了巨大的价值作用，是非常有效的一种分析手段。

1.2  近红外光谱分析技术的原理

近红外光谱是因为分子在振动作用下产生的非谐振性，这样分子振动便从基态的跃迁转为了高能级的跃迁。在红外线光谱的范围当中，主要的探究对象为含氢基团振动的倍频以及合频的吸收，不同的分子有着不同的表征，其结构特征的振动频率也有所不同。对应的特有的红外吸光谱，为分析红外光谱定性的物理基础，其中对近红外光谱进行分析的方法，需要满足三个关键的要素：（1）测定样品的吸收以及漫反射光谱图使用的硬件设施和技术，要保障稳定性；（2）应用多元校正方式的软件技术，对结果进行计算[3]；（3）对模型进行合理的校正。

2近红外光谱解析技术的主要特征

2.1  多组分同期性测定

利用一次的全光谱扫描工作，可对样品中每个化学成分的光谱数据进行获取，之后依据具体的数据模型对其进行详细的测算，便可得到样品多类化学成分的具体比例。

2.2  样品不需要进行预处理操作

因为近红外光区域当中，光发生散射的效应较为宽泛，并且投射的深度会比较大，所以红外光谱技术可借助漫反射，以便针对样品实施直接性的测定操作。

2.3  解析时没有破坏性

近红外光谱在具体进行解析的过程中，只是获取了样品的光谱信号资料，因此不需要使用另外的试剂，所以在实际测定的过程中不能破坏样品以及样品的性能。该项特征针对采样技术、策划实验等能够起到相应的研究价值。

2.4  解析的速率块

由于该项技术当中的扫描速率非常快，可在比较短的时间范围内对样品的全光谱图进行扫描，具体的扫描时间可以根据相应的试验要求对个性化进行设定，平均的扫描时间在1分钟以内。此外，将采集的光谱应用在建立好的数学模型当中，可以比较迅速地对某项成分含量进行测算。

2.5  远程测定以及相应的时效性解析

在线进行解析的形式，有远程对样品光谱进行收集的能力，同时可对其进行时效性解析。可借助光导纤维技术，在远离主机的情况下实施相应的取样操作。此外，将光谱信号传回到主机中之后，可对其进行充分的解析，对样品的即时含量进行快速的测算，并得出含量和类别性质等。

2.6  测定的重现性非常好

光谱测定的使用有着非常良好的重现性，并且最终的测试结果不会受到外界太多的干扰。与普通的化学形式进行比较，近红外光谱的解析一般会有更加优良的准确性和重现性。

2.7  不适应痕量解析以及分散性样品的解析

在对近红外光谱方式进行架构之前，需要准备好具体一定的人力、物力以及财力，这样便可构建精准性的校正模型。因此，使用时常的水平操控，不但便捷而且实用。但是，由于简单一次解析以及分散性样品产生的限制因素，具体的实施并不是非常的流畅。

2.8  测试方便

因为近红外线光谱的吸收强度比较弱，对很多类型的样品并不需要实施任何的处理，可直接实施测量工作，并且不会对试样进行破坏，也不需要使用试剂，对环境没有任何的污染。例如：一般可使用2～5mm的范围光程比色皿实施测量工作，与红外线光谱进行比较，使用30～50m的光程液体池，其中的装样以及清洗十分的便捷和方便，甚至可以使用价格低廉的一次性玻璃小瓶。因为光程比较长，不但对光程的精度要求有所下降，在进行分析的过程中，也不需要实施校准光程的工作，同时痕量物质对最终测量结果产生的干扰并不是非常大。在对固体样品进行测量的过程中，可使用漫反射的形式实施测量，之后直接分析样品。但是如果想要获取非常精准的测量结果，还需要制样，如磨粉以及粉碎。

3近红外光谱技术在石油化工领域当中的实际应用

有机化合物在近红外光部分采集，主要为包含氨基团的不同倍频以及合频的采集谱带。石化产品主要应用的是烃类元素，与含有氨基团的物质特征非常相符，产品的性质也会受到这一区域带来的影响。现在，有很多的报道都报道了对近红外光谱技术的应用，我国国内的企业也开始应用该项技术对中间的生产环节进行操控，并取得了非常理想的效果。研究专家对于近红外光谱以及遗传的多变量当中的修正方式进行了深入的分析，对汽油等值的三种方法测定进行了比较和分析，对于三种方式的应用都可进行有效的测定。但是，产生最小误差的方式为使用遗传回归和遗传逆最小方差。此外，还有学者应用了最小方差，对向量机进行支撑，以便将其当做汽油的等值，这种方式的操作时间并不是非常长，进行实时性测试和检验非常简单。研究人员根据现在的近红外线光谱解析当中的模型，产生的传送形式限制，应用了不同的技术以及方法，对外部产生的干扰进行了消除，同时在实际处理的过程中，引用了波宽长度等优性处理方法。可获取相关的光谱建模解析。

4结束语

总之，近红外光谱的解析技术是建立在化学基础上的一种手段，可将近红外光谱与被检测对象的性质进行紧密的结合，利用对两者函数的确立，可取得含有氨基团的特点数据。石化产品当中的重要成分皆是氨基团，因此对于近红外光谱解析的应用，与石化产品的性质解析操作非常相符，有着广阔的发展空间。

参考文献：

[1]李敏,毛丹卓,杨永健.近红外光谱技术在药物分析领域的应用[J].医药导报,2016,35(4):374-379.

[2]王宁,武卫红.近红外光谱技术在中药分析领域中的应用[J].山东中医药大学学报,2007(4):350-353.

[3]余璐.近红外光谱分析技术在化工领域的研究应用[J].化工管理,2017(24):136-136.