浅谈近红外光谱分析技术在油品分析中的应用

摘 要：自上世纪八九十年代起，近红外光谱分析技术已经成为对化学化工产品进行分析测试技术中发展最快的技术之一。现在的近红外光谱分析技术已经实现了红外光谱分析技术、化学测量分析技术与基础分析技术的相互统一，在三种测量技术有机结合的基础上可以高速高效地对各种化学化工样品进行性能和质量的分析。目前，近红外光谱分析技术已经广泛在炼油过程中的油品分析过程中得到广泛使用，通过利用此技术间接测定油品中的物理数值和化学数值，再通过三种近红外光谱分析的三种技术的相互结合运用更准确地对油品成分进行分析。就目前计算机技术发展速度而言，近红外光谱分析技术是对油品质量进行分析既方便又快捷的分析手段，并随着科学技术的发展其应用价值会越来越高。

关键词：近红外光谱分析技术 油品分析 应用价值

近现代红外吸收光谱法已成为对有机物进行定性分析和结构分析的有力手段之一。红外吸收光谱分为近红外光区、中红外光区和远红外光区。其中近红外光谱分析技术利用其具备高效节能、安全性高、无污染的优越性已经应用于各行各业，包括石油开采、化工产品生产领域，通过参考物理参数数值分析满足生产的需要。现如今随着石油化工产业的不同需求，近红外光谱技术几乎成功实现了对各个环节的技术分析，成为化工行业中不可或缺的科技手段。

一、近红外光谱分析技术的理论分析

红外光辐射的能量远小于紫外光辐射的能量，当红外光照射到样品时，其辐射能量不能引起分子中电子能级的跃迁，而只能被样品分子吸收，引起分子振动能级和转动能级的跃迁。由分子的振动能级和转动能级跃迁产生的连续吸收光谱称为红外吸收光谱。在红外吸收光谱的三个区域中，近红外光谱是由分子振动能级跃迁产生的振动光谱。对大多数有机化合物分子产生的都是振动光谱。这就是近红外吸收光谱研究的中心内容。

近红外光谱分析技术采用的是定量分析方法和定性分析方法。所谓定量分析基本原理是依据朗伯-比尔定律，利用比率分析法、趋势分析法、结构分析法、相互对比法和数学模型法等方法选择具有普遍性的化学样品当作标准集；然后把待预测的化学样品利用扫描的方法扫描出近红外光谱，将扫描出的光谱值代入到先前的数学模型之中得到预测值，通过预测值和化学测定值之间的相关值和标准差衡量模型的准确度。在此结果中，如果模型的准确度高就可以用此模型来测定分析样品，但由于红外吸收光谱测定多在可透过红外光的固体介质中进行，在获得的相邻吸收峰较密集的带状谱带中，吸收峰往往不对称，因此进行定量分析时，应严格保持测定条件的一致，以获得可靠的分析结果。近红外吸收光谱进行有机化合物定性分析可分为两个方面，一是官能团定性分析，二是结构分析。近红外光谱分析技术定性分析法是利用相同样品在波长不同的条件下具有相同的光谱的特征，借助峰位鉴别法、聚类分析法、模式鉴别法等分析方法，使各种样品实现聚类识别，最后结合某一样品的定量数据模型判断其物理参数数值。作为两种不同性质的测量技术，区别在于定量分析需要测定样品的相应数值，要求较高的精确的；定性分析的方法则主要依据红外光谱图谱，凭借样品光谱反映出的样品组成和结构信息进行测定分析。

近红外光谱技术利用光纤测量技术对处在不同环境下的样品进行遥控测量，十分广泛的应用于样品的过程阶段分析中。因此，近红外光谱分析技术作为针对各种样品进行即时分析和快速检测是一种十分理想的技术手段，是石油开采和化工检测过程中所依赖的分析技术。在分析过程中，根据光谱提供的样品性质及过程产物性质，实时对操作条件进行调整和优化，控制和优化生产装置，从而提高生产效率和质量。

油品分析中，近红外光谱分析技术通过对石油性质和各类指标是否达标进行测试，得到相应的数据后，利用数据及时改进生产程序，选择有效的生产加工技术，从而提高石油利用率和石油产品质量。

在化学领域内含氢的基团等在波长为700-2500nm的近红外光谱波长范围内的近红区都能吸收。通常油品是由不同的组成成分构成，这些不同组成成分的油品在红外光谱图上都有各自对应的光谱特征。由于不同基团产生的光谱在红外光区吸收的峰位和程度不尽相同，伴随着样品组成的变化情况其在光谱图上呈现的光谱特征也会随之发生变化，变化的程度也就为在近红外光谱的定性和定量分析过程提供了理论依据。除此之外，石油的油品样品中烃类含量的变化的同时近红外光谱的波度也会引起相应变化，在变化过程中通过化学计量学方法对采集到的光谱数据进行总结处理，得到样品组成变化的数据。当样品组成发生不同程度的变化时，样品的性质发生相应变化，同时样品的光谱也会发生相应变化。近红外光谱利用所反映的样品性质的变化情况，构建样品性质变化与其对应的近红外光谱变化之间的联系。

二、近红外光谱分析技术在油品实际分析中的应用价值

通常情况下，在样品分析过程中如果需要对样品进行预先处理然后再进行质量测量，这样就会增加生产投资成本，加重生产负担。但是，利用近红外光谱分析技术对油品进行分析，样品可以进行直接测量，从而简化操作步骤。在测量方式上，近红外光谱对于样品是否是以固体、液体还是其他存在状态都没有限制。

利用近红外光谱分析技术可以提高测量数据的精确度并且可以将分析数据充分利用起来。在分析过程中根据样品在红外光谱图中呈现的光谱特征，能够高效率的确定被测样品与原先测定样品之间的差异，如果相同则可以直接使用资源；如果差异很大甚至不同则再用更精确的的方法进行分析，随后将测量分析的数据存放在数据库中，这就避免了繁琐的重复分析工作，降低了成本，提高了分析效率。与许多标准的油品分析方法相比较，利用近红外光谱分析技术实现了油品质量技术的最新化、分析效率的最快化和分析结果的最精确化。

当然，近红外光谱分析在油品分析中也有一定的局限性，对一些物质，如具有不同分子量的同一种高分子聚合物或同一化合物的旋光异构体也不能用近红外吸收光谱进行鉴别。此外使用近红外吸收光谱法进行定量分析的灵敏度和准确度均低于紫外、可见吸收光谱法。为获取准确的定性鉴定和结构测定的结果，对欲分析样品应尽量采取多种分离方法进行提纯。

现如今随着科学技术的日新月异和科技创新的不断发展，近红外光谱分析技术作为在石油化学化工领域一种新型的分析测量技术发展十分迅速，此技术已广泛应用于原油蒸馏、石油加工等工艺上。

三、结束语

目前，近红外光谱分析技术已经越来越多的应用于油品质量分析之中，明确汽油调和和测定汽油组成成分。例如利用近红外光谱分析技术高效测定汽油的乙醇值、辛烷值、苯含量以及详细族的物理参数值，进一步对汽油聚类进行分析，在炼油过程中最大限度的降低生产成本，保障油品质量合格，从而及时按量按质出库。作为间接测试技术近红外光谱分析技术在炼油过程中通过对油品成分各种物理参数的采集，测量化学样品的物理化学性质及组成。在现如今，利用近红外光谱分析技术对油品质量进行分析已经成为具备可靠科学数据和规范样品质量的方法并得到更广范围的应用。

参考文献

[1] 徐广通，袁洪福，陆婉珍.现代近红外光谱技术及其应用进展[J].光谱学与光谱分析，2000（02）.

[2] 冯新泸，史永刚.近代红外光谱及其在石油产品分析中的应用[J].北京：中国石化出版社，2002（04）.[J].

[3] 褚小立，袁洪福，纪长青.近红外光谱快速测定重整汽油详细族组成[J].石油化工，2001（11）.

[4]刘珍，黄沛成，于世林，周心如.化验员读本[J].北京：化学工业出版社，2003.12.