基于Raman-NIR光谱数据融合的甲醇汽油甲醇含量快速分析研究
发布时间：2020-12-27 08:28
甲醇汽油是一种替代传统汽油的新型燃料,其甲醇含量对甲醇汽油的品质有着显著的影响。因此,甲醇汽油中甲醇含量的检测对于甲醇汽油品质监控具有重要意义。本文基于拉曼-近红外（Raman-NIR）光谱数据融合结合化学计量学方法对甲醇汽油中甲醇含量的快速定量分析进行研究。全文共分为四章,主要研究内容为:（1）以甲醇汽油的拉曼光谱（Raman spectroscopy,Raman）为研究对象,建立了基于Raman光谱技术结合偏最小二乘法（Partial Least Squares,PLS）的甲醇汽油中甲醇含量快速定量分析方法。探究了五种光谱预处理方法（归一化（Normalization）、一阶导数（First Derivative,D1st）、多元散射校正（Multivariate Scattering Correction,MSC）、标准正态变换（Standard Normal Variation,SNV）以及小波变换（Wavelet Transform,WT））对PLS校正模型预测性能的影响;采用了五折交叉验证（5-flod CV）对模型的潜变量、输入变量以及变量重要性阈值进行了优化。结果表明,...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射基本原理示意图
4拉曼光谱仪器[24]通常由光源、光路、样品池、色散系统、信号处理以及输出系统等部分所组成，如图1-2所示。拉曼光谱仪器的工作原理可以概括为，首先，光源发射出一种较为稳定的激发光通过光路系统照射到样品池中的样品分子，激发光源的光子会与样品分子进行碰撞，产生拉曼散射；样品分子产生的激发光源通过光路系统会经过棱镜、光栅等色散系统进行分离，最后通过单色器进行筛选后进入到检测器中；检测器将收集到的样品分子的光学信息通过其内部的光电传感系统转化为电信号。图1-2拉曼光谱仪基本结构示意图近年来，随着激光技术以及纳米技术等的飞速发展，Raman光谱技术的应用领域也在不断的拓宽，其中以SERS、高温Raman光谱技术、激光共振Raman光谱技术、傅里叶变换Raman光谱技术以及联用技术等较为突出。表面增强拉曼光谱技术使用一种活性载体对荧光现象抑制，从而很大程度的提高了激光拉曼光谱的信噪比，所以对材料在分子水平上的研究更加的准确。高温Raman光谱技术广泛应用于玻璃制造、冶金、晶体生长研究等领域中的固体高温相变过程以及热熔体键合结构研究。激光共振Raman光谱技术利用共振现象的产生，从而提高了Raman光谱信号的信噪比，将之与SERS技术相结合，可以实现对单分子的检测。傅里叶变换拉曼光谱技术使用近红外光谱作为激发光源，大大地减弱了荧光背景，在化学、生物以及医药领域得到了广泛的应用。近几年，Raman技术与其他分析仪器的联用也愈发广泛，例如：拉曼-扫描电镜联用技术、拉曼-红外联用技术以及拉曼-近场光学显微镜联用技术等，从而扩大了拉曼技术的应用范围。1.2.2近红外光谱技术近红外光谱技术[25]是一种高效快速的现代光谱分析技术。近红外光谱于1800年首次被Herschel提出。但是，19世纪50年代前由于相关仪器?
6图1-3近红外光谱基本结构示意图表1-1几种不同类型的近红外光谱仪器特点类型优点缺点滤光片型价格低、仪器构造简单、信号记录便捷、可在不同波长下进行检测等分辨率低、测量误差较大、需根据样品的不同而更换滤光片等光栅色散型仪器分辨率高、价格适中、易于检修维护、可进行全谱检测等检测速度较慢声光调谐型测量速度快、精度高、准确性好、无机械调节部件、稳定性好、分辨率高、易于波长调节等设备昂贵傅里叶变换型信噪比高、分辨率高、波长准确且重现性好、稳定性好等对仪器的存放环境及使用环境要求较高近红外光谱技术呈现出如下特点和优势：（1）分析速度快，大多数分析可在一分钟之内完成；（2）分析结果准确可靠，通过已构建的校正模型对未知样品进行检测分析可以获得较为准确的结果；（3）适用范围广，可以测量固态、液态以及气态样品；样品无需复杂的预处理过程；（4）分析成本低；对样品无损害，可用于一些生物活性物质的检测；（5）可通过光纤等设备进行连接，便于实现实时在线检测；（6）检测过程操作简便，易于实践。尽管NIR光谱仪相较于传统色谱分析技术在试样分析检测工作中已有诸多优势，但是NIR光谱仪无论是在体积，还是能量消耗方面都很大程度的制约着其在现场检测的应用潜力。近些年来，随着国内外科研工作者在NIR光电调制系统，数据分析算法等方面做出的突出贡献，使得便携式NIR光谱仪的相关技术以及产品的开发日趋成熟。得益于此，NIR光谱技术在石油化工、生物制药以及环境监测等领域的现场分析工作中占据着举足轻重的位置。1.2.3Raman及NIR光谱技术在油品品质分析中的应用近些年来，随着Raman及NIR光谱技术的发展，得益于具备诸多技术优势，其已被普遍应用于油品品质的定性判别?
本文编号：2941417
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射基本原理示意图
4拉曼光谱仪器[24]通常由光源、光路、样品池、色散系统、信号处理以及输出系统等部分所组成，如图1-2所示。拉曼光谱仪器的工作原理可以概括为，首先，光源发射出一种较为稳定的激发光通过光路系统照射到样品池中的样品分子，激发光源的光子会与样品分子进行碰撞，产生拉曼散射；样品分子产生的激发光源通过光路系统会经过棱镜、光栅等色散系统进行分离，最后通过单色器进行筛选后进入到检测器中；检测器将收集到的样品分子的光学信息通过其内部的光电传感系统转化为电信号。图1-2拉曼光谱仪基本结构示意图近年来，随着激光技术以及纳米技术等的飞速发展，Raman光谱技术的应用领域也在不断的拓宽，其中以SERS、高温Raman光谱技术、激光共振Raman光谱技术、傅里叶变换Raman光谱技术以及联用技术等较为突出。表面增强拉曼光谱技术使用一种活性载体对荧光现象抑制，从而很大程度的提高了激光拉曼光谱的信噪比，所以对材料在分子水平上的研究更加的准确。高温Raman光谱技术广泛应用于玻璃制造、冶金、晶体生长研究等领域中的固体高温相变过程以及热熔体键合结构研究。激光共振Raman光谱技术利用共振现象的产生，从而提高了Raman光谱信号的信噪比，将之与SERS技术相结合，可以实现对单分子的检测。傅里叶变换拉曼光谱技术使用近红外光谱作为激发光源，大大地减弱了荧光背景，在化学、生物以及医药领域得到了广泛的应用。近几年，Raman技术与其他分析仪器的联用也愈发广泛，例如：拉曼-扫描电镜联用技术、拉曼-红外联用技术以及拉曼-近场光学显微镜联用技术等，从而扩大了拉曼技术的应用范围。1.2.2近红外光谱技术近红外光谱技术[25]是一种高效快速的现代光谱分析技术。近红外光谱于1800年首次被Herschel提出。但是，19世纪50年代前由于相关仪器?
6图1-3近红外光谱基本结构示意图表1-1几种不同类型的近红外光谱仪器特点类型优点缺点滤光片型价格低、仪器构造简单、信号记录便捷、可在不同波长下进行检测等分辨率低、测量误差较大、需根据样品的不同而更换滤光片等光栅色散型仪器分辨率高、价格适中、易于检修维护、可进行全谱检测等检测速度较慢声光调谐型测量速度快、精度高、准确性好、无机械调节部件、稳定性好、分辨率高、易于波长调节等设备昂贵傅里叶变换型信噪比高、分辨率高、波长准确且重现性好、稳定性好等对仪器的存放环境及使用环境要求较高近红外光谱技术呈现出如下特点和优势：（1）分析速度快，大多数分析可在一分钟之内完成；（2）分析结果准确可靠，通过已构建的校正模型对未知样品进行检测分析可以获得较为准确的结果；（3）适用范围广，可以测量固态、液态以及气态样品；样品无需复杂的预处理过程；（4）分析成本低；对样品无损害，可用于一些生物活性物质的检测；（5）可通过光纤等设备进行连接，便于实现实时在线检测；（6）检测过程操作简便，易于实践。尽管NIR光谱仪相较于传统色谱分析技术在试样分析检测工作中已有诸多优势，但是NIR光谱仪无论是在体积，还是能量消耗方面都很大程度的制约着其在现场检测的应用潜力。近些年来，随着国内外科研工作者在NIR光电调制系统，数据分析算法等方面做出的突出贡献，使得便携式NIR光谱仪的相关技术以及产品的开发日趋成熟。得益于此，NIR光谱技术在石油化工、生物制药以及环境监测等领域的现场分析工作中占据着举足轻重的位置。1.2.3Raman及NIR光谱技术在油品品质分析中的应用近些年来，随着Raman及NIR光谱技术的发展，得益于具备诸多技术优势，其已被普遍应用于油品品质的定性判别?
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