2024.0133中红外光谱技术在油品快速分析中的研究进展.pdf
引用本文:张鑫, 张正东, 杜彪, 等. 中红外光谱技术在油品快速分析中的研究进展[J]. 化学试剂，2024，46(8)：59-65.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2024.0133
背景介绍
燃油是我国重要的战略资源，其质量直接影响发动机的安全和环境污染物的排放。为响应双碳政策，减少劣质燃油的使用，需便捷、快速、准确的燃油质量快速分析方法。中红外（MIR）光谱能够反应燃油复杂组分的特征化学信息，以简便、快捷、高效、环境友好等优点已被用于燃油甲醇、烯烃和芳烃等的多种理化性质的快检中，有望发展为高效的燃油质量现场分析方法。
文章亮点
1.对原油和主要成品油——汽油和柴油的中红外光谱快速检测技术进行了综述；
2.介绍了用于油品快速检测的中红外光谱技术与其他光谱数据融合技术；
3.对未来的研究方向提出建议，结合化学结构信息的特征波段选择、多维光谱数据融合以及谱图标准化或是提高分析结果可靠性的方法。
内容介绍
1 红外光谱技术概述
红外光谱（Infrared Spectrometry，IR）是指在电磁辐射光谱区域中比可见光的波长长，而比微波的波长短的分子吸收光谱[12]。红外光谱区域覆盖了较宽的电磁波谱区域，根据实验技术和应用的不同，通常将红外区划分为3个波区：近红外光区、中红外光区和远红外光区[13]。
2 中红外光谱技术在原油分析中的应用
目前，我国已经建立了完善的原油性质评价的方法，参照相关标准方法能够实现原油性质的准确评价，然而这些方法的存着分析时间较长、测试成本较高等问题。为了能够及时得到原油的评价结果、提高经济效益，石油化工领域的科研工作者也进行了原油快速评价技术的研究[18]，而中红外光谱技术以其具有的分析速度快、成本低和易于实现现场分析的特点而在原油性质快速评价中得到大量应用[19,20]。
3 中红外光谱技术在汽柴油中的应用
中红外光谱技术在汽柴油等复杂样品体系中的分析应用离不开化学计量学的发展，其可以依靠偏最小二乘法、支持向量机、主成分回归等多元定量分析方法实现汽柴油理化性质的定量分析。
本课题组[2,3,48]对红外光谱油品快速分析方法进行了研究，建立了基于有效光谱谱段的油品快速分析技术，实现了成分相近油品之间的定性识别和汽油中甲醇含量、乙醇含量和芳烃含量等性质的快速分析。该方法根据决定理化性质的主要化学成分分子结构选择有效的特征光谱谱段建立模型，降低了噪声和其他干扰成分对建模谱段的干扰，提高了模型准确率。
4 结论与展望
本研究阐明了中红外光谱（MIR）技术在燃油快速检测领域的重大价值，从原油到成品油（如汽油和柴油）对众多理化属性进行了准确和迅速的分析。然而，为了在市场监管和石油化工领域扩大这一技术的应用，提高分析结果的可靠性，未来的研究努力应聚焦在以下关键领域。
4.1 特征谱段选择的创新技术
建立基于化学结构信息的特征谱段选取技术，提高现有快检方法的准确性和通用性，实现燃油更多甚至全项理化性质指标的同时分析。
4.2 多维度光谱数据融合
MIR单一维度的光谱包含信息具有局限性，通过数据融合强化多维度信息的综合利用，从多角度全面解析燃油的化学组成，以获得更加可靠准确的分析结果。
4.3 谱图标准化
因不同厂商生产的仪器间存在差异，导致所构建的分析模型难以在不同设备之间通用，限制了模型的普遍应用。谱图标准化可以确保同一分析模型在不同仪器间的有效使用，提高模型的普适性和灵活性，进而推动红外光谱技术的应用。
中红外光谱燃油快速分析技术的发展和应用，有望促进燃油质量检测方式的变革，现场、准确、快速中红外光谱检测方法的使用将给石油化工领域带来巨大的经济效益。
