向量夹角转化在发酵液中乙醇及汽油物性快速定量检测中的应用

发布时间：2020-07-26 23:30

【摘要】：在拉曼光谱或近红外光谱定量分析中,由于受到仪器、样品等因素造成的乘性效应干扰,测量到的谱带强度或其转化后的吸光度难以保持稳定,直接通过拉曼强度与组分浓度或吸光度与物性之间的线性关系实现定量非常困难。在拉曼光谱中,通常认为有效的方法是加入内标物,但此方法破坏了拉曼光谱非接触分析的优势。本文将不稳定的光谱强度数据转化为稳定的向量夹角,实现无需内标物的拉曼光谱定量分析。并针对发酵液中乙醇检测时间长、成本高、无法批量检测等问题,运用简单混合物体系验证向量夹角转化方法的可行性,实现发酵液及发酵过程中乙醇含量的快速分析。同时,将此方法拓展应用于近红外光谱,预测汽油的辛烷值、蒸汽压、密度、氧含量、50%馏出温度。研究具体内容包括:(1)验证向量夹角转化方法的可行性。依据向量特点、向量点积公式进行简单公式推导,具体阐述将不稳定的拉曼强度转化为稳定的向量夹角可重构近似的线性关系;在甲醇/乙醇/异丙醇混合体系中,当乘性效应较为显著时,所建乙醇含量预测模型验证集中预测值与实际值的线性相关系数为0.9978,预测标准偏差为0.0164(v/v)。表明此方法建立的模型可用于简单混合体系中乙醇含量的快速预测。(2)使用向量夹角转化方法结合拉曼光谱检测甘蔗汁和葡萄糖发酵液中乙醇含量。其中,甘蔗汁发酵液校正集从发酵样品中直接选取,葡萄糖发酵液校正集使用发酵样品蒸馏乙醇后的残液作为溶剂,通过添加定量的无水乙醇配制而成。两种体系所建乙醇含量预测模型预测集中预测值与实际值的线性相关系数为0.9921和0.9933,预测标准偏差为0.1836(v/v)和0.4258(v/v)。表明此方法可用于复杂的发酵液中乙醇含量的快速分析。(3)使用向量夹角转化方法结合拉曼光谱检测葡萄糖发酵过程中乙醇含量。依据建立的葡萄糖发酵液中乙醇含量预测模型,预测摇床发酵和发酵罐发酵过程中的乙醇含量。预测结果与气相色谱法测定值接近,且发酵过程中乙醇含量的变化趋势与现有方法测定结果一致。(4)使用向量夹角转化方法结合近红外光谱预测汽油物性。依据在线近红外光谱仪采集到的光谱数据和化验室对应的实测数据,结合向量夹角转化分别建立汽油研究法辛烷值、蒸汽压、氧含量、密度和50%馏出温度的预测模型。模型预测集中预测值与实测值线性相关系数均大于0.98,预测标准偏差小于偏最小二乘法所建模型的预测结果。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3;TQ223.122;TE626.21

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本文编号：2771443