基于便携式近红外光谱仪的车用成品油快检技术研究

肖 楠,孙 科,佟丽丽,边 晖

（天津市产品质量监督检测技术研究院国家市场监督管理总局

技术创新中心(石油石化产品质量安全)，天津 300384)

摘 要：研究开发基于近红外光谱仅技术的便携式成品油快速检测仪器，利用化学计量学和机器学习算法构建光谱与质量指标模型，快速测定油品多项质量指标。建立了快速检测模型与综合品质评定系统，并发布了天津市2项地方标准，实现了汽油、柴油多项指标的快速筛查，获资质认可,满足石油石化全流程品质检测需求。该技术已应用于监管，显著提升了检测效率，降低了成本，带来显著社会经济效益。

关键词：近红外光谱快检技术;便携式近红外光谱仪;机器学习算法;地方标准；车用成品油

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在石油化工生产过程中，油品化验及分析是一项重要的工作，提高油品分析技术应用水平对于石油化工行业发展具有深远意义。随着科学技术的快速发展，油品分析技术应用水平也不断提高，而近红外光谱分析技术是一项快速分析技术，因具有分析快速、高效及能耗低等优点而在各个领域中得到关注和广泛应用，其在油品分析中的应用更可有效提高的分析效率及准确性。且随着技术的不断发展与完善，近红外光谱分析技术在石油化工领城中的运用也将越来越广泛，在促进石油行业发展方面发挥着重要作用。现代近红外光谱是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合，测量信号的数字化和分析过程的绿色化是该技术的典型时代特征。

相较于传统的分析技术，近红外光谱分析技术展现了一种间接而高效的分析手段，其核心在于构建精准的校正模型，以此为基础，实现对未知样本的定性与定量评估，从而提升了分析的灵活性和准确性。保证近红外光谱快检仪测试结果准确度的前提是模型的准确性、通用性和稳定性，而模型的可靠性除了可以在化学计量学和人工智能算法的优化选择上提高，最主要的是依靠高精度高稳定性的光谱仪器的支撑。目前在国内占主导地位的近红外光谱仪大多数是国外的傅里叶变换型仪器，只能在实验室或条件比较好的现场检测，仪器本身质量和尺寸较大,不便于携带和外出使用，较难满足监管方式转变的需求。因此，在保证光谱仪精度和稳定性的前提下，急需研制出适合中国国情的具有自主知识产权的成品油专用的小型便携式近红外光谱仪，以满足石油石化行业对生产过程质量控制和对成品油的快速分析的需求，加强成品油的市场监管力度”。此外，近红外光谱技术应用于油品无损检测领域，彰显了其绿色、环保及非破坏性的显著优势。

针对多样本量级的复杂数据，如何高效且精准地构建定量分析模型，构成研究的核心挑战与关键突破点。研究开发了基于近红外光谱技术的便携式成品油快速检测仪器，实现设备的轻量化和便携化，便于携带和外出检测，能够快速获得待检油品的光谱信息。通过现代化学计量学方法及机器学习算法，对近红外光谱新型建模算法进行探索和开发，建立光谱与质量指标之间的大数据定标模型，从而实现利用光谱信息对待测样品的多种质量指标的快速测定。在研发的便携式近红外光谱仪上完成的多个质量指标的近红外光谱快速检测模型的建立和综合品质指数的评定，完成建立定标模型的算法和综合品质指数计算的软件系统开发。在此基础上，研制并发布了2项天津市地方标准，《车用乙醇汽油（E10）快速筛查技术规范》（DB12/T1108—2021）和《车用柴油快速筛查技术规范》（DB12/T1109—2021)，实现了汽油、柴油10余项指标5min出具结果的快速筛查技术能力，并获资质认定和实验室认可，满足石油石化领域在原油收购、炼制、储运、销售过程对油品品质的快速检测和质量控制需求。车用成品油快检技术成果已应用于监督抽查，推进了成品油质量监管方式的重大改变，极大提升了效率，降低了成本，社会效益、经济效益明显。

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