拉曼光譜合成技術(shù)及其在甲醇汽油分析中的應(yīng)用.pdf

1、拉曼光譜是一種分子散射光譜，具有非侵入、無需樣品前處理、響應(yīng)速度快、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍遍及化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，對于純定性分析、測定分子結(jié)構(gòu)和定量分析都有很大價(jià)值。但是，拉曼光譜分析技術(shù)作為一種間接分析方法，必須先用相似的樣品建立模型才能進(jìn)行分析應(yīng)用，所建立模型的精度極大程度上依賴于訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的數(shù)量、分布情況和準(zhǔn)確性。然而，實(shí)際中往往很難采集到完備的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，拉曼光譜分析技術(shù)的應(yīng)用受到很大的阻礙。本文在現(xiàn)有拉曼

2、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，以汽油等石油化工產(chǎn)品為研究對象，提出了一種基于拉曼光譜線性疊加原理的拉曼光譜合成技術(shù)。旨在突破現(xiàn)有拉曼光譜分析技術(shù)的局限性，實(shí)現(xiàn)拉曼光譜建模中訓(xùn)練數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成，解決拉曼光譜建模中訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲取困難等問題。本文的主要內(nèi)容包括:
　　 ①簡單介紹了拉曼光譜的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，尤其是在本文研究對象石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用;介紹了拉曼光譜分析技術(shù)中的定量分析流程，常見拉曼光譜預(yù)處理方法和多元校正技術(shù);闡述了訓(xùn)練數(shù)據(jù)在

3、拉曼光譜建模時(shí)的重要性，并分析了現(xiàn)有拉曼光譜分析技術(shù)在此方面的局限性。
　　 ②提出了一種基于拉曼光譜線性疊加原理的拉曼光譜合成技術(shù)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算擬合期望樣本的近似拉曼光譜，以解決現(xiàn)有拉曼光譜分析技術(shù)的局限性。以汽油和汽油中7種對油品指標(biāo)有較大影響的物質(zhì)為研究對象，配制相應(yīng)汽油樣品，測量其拉曼光譜并進(jìn)行預(yù)處理;在驗(yàn)證了拉曼強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了具體的拉曼光譜合成模型以及模型參數(shù)的辨識(shí)方法;通過合成光譜與實(shí)測光譜

4、的比較，對該模型的合成效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　 ③基于拉曼光譜合成技術(shù)，對甲醇汽油中甲醇含量的定量分析問題進(jìn)行了研究。通過與傳統(tǒng)建模分析方法的比較，驗(yàn)證拉曼光譜合成技術(shù)在實(shí)際分析應(yīng)用中的優(yōu)勢和意義。首先，配制12個(gè)不同甲醇含量的甲醇汽油樣品，測量其拉曼光譜并進(jìn)行預(yù)處理。然后，采用PLS方法建立了甲醇含量校正模型，其交叉檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差(SECV)為1.463％，但是，當(dāng)僅采用4個(gè)樣本作為訓(xùn)練集時(shí)，其預(yù)測檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差(SEP)達(dá)到4.248

5、％。之后，利用拉曼光譜合成技術(shù)合成8條期望的拉曼光譜數(shù)據(jù)，替代樣本的實(shí)測數(shù)據(jù)加入到訓(xùn)練集，更新后的甲醇含量校正模型，其SEP下降至1.512％，精度有顯著的提高。
　　 ④基于本文的理論研究成果，研制了一種便攜式甲醇汽油多指標(biāo)快速分析儀，能夠測定甲醇汽油中甲醇含量等7個(gè)關(guān)鍵性油品指標(biāo)。分別從外觀、接口、硬件、軟件等各方面對儀器的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程進(jìn)行了全面的介紹。該儀器具有分析速度快、分析效率高、微量采樣、無需樣品前處理、只需少量訓(xùn)