利用AOTF近紅外光譜儀對可回收溶劑在線分析
摘?? 要?? 本文采用美國 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar 多通路光譜儀對可回收溶劑甲苯、 甲醇和乙酸鹽進行研究，在線采集近紅外光譜數(shù)據(jù)，光譜以透射模式收集，處理為吸收光譜 和一階微分光譜，然后利用偏最小二乘法 PLS1 建立每個樣品流的校正模型，最后通過在線 驗證，結(jié)果表明，美國 Brimrose 公司的 AOTF-NIR Luminar 多通路光譜儀是測量回收溶劑 的最佳近紅外分析儀。
主題詞? 聲光可調(diào)濾光器；近紅外；可回收溶劑；偏最小二乘法（PLS1）
90 年代末，來自航天技術(shù)的聲光可調(diào)濾光器（Acousto-Optic Tunable Filter , 縮寫 AOTF）技術(shù)的問世，被認為是“90 年代近紅外光譜儀最突出的進展”。 AOTF 是利用超聲波 與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件，與通常的單色器相比，光學(xué)系統(tǒng)無移動性部件， 波長切換快、重現(xiàn)性好，程序化的波長控制使得這種儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性。近紅外 光譜分析（Near Infrared Spectroscopy, NIR）具有簡便快速、無污染以及樣品的非破壞 性等特點，在常規(guī)化學(xué)分析中有很大的發(fā)展?jié)摿ΑOTF 技術(shù)與 NIR 的結(jié)合實現(xiàn)了儀器的小 型化，為實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的實驗室和在線檢測提供了可能。AOTF－NIR 的這些優(yōu)點使其近年來 在工業(yè)在線和現(xiàn)場（室外）分析中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1.實驗部分
?1.1 儀器條件和樣品處理
儀器：美國 Brimrose 公司的 AOTF Luminar 多通路近紅外光譜儀 單模光纖，5mm 光程的透反射探頭波長范圍 1200～2300nmSnap!光譜采集處理軟件，The Unscrambler 化學(xué)計量學(xué)軟件。
樣品：甲苯、甲醇和乙酸鹽，在線取樣。
1.2??? 實驗方法
使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar 多通路光譜儀對大量可回收溶劑進行研究。可 回收溶劑為甲苯、甲醇和乙酸鹽。 Luminar NIR 分析儀配置的波長范圍為 1200nm ~2300nm。 單模光纖用來連接多通路光譜儀和樣品點。5mm 光程的透反射探頭被放置在溶劑回收過程區(qū) 域內(nèi)最適宜位置。對每一溶劑使用類似的方法，光譜即被在線收集，每一光譜都有日期和時 間標志。在規(guī)定的間隔內(nèi)，操作員將樣品從透反射探頭旁的樣品點取出帶到實驗室用氣相色 譜法進行分析，這些 GC（氣相色譜法）結(jié)果與光譜相匹配。光譜在 1300nm~2200nm 范圍內(nèi)以透過模式收集，處理為吸收光譜和一階微分光譜。利用偏最小二乘法 PLS1 建立每個樣品 流的校正模型。計算每個成分的標準偏差（SEC）, 預(yù)測標準偏差(SEP)和相關(guān)系數(shù)。校正模 型導(dǎo)入到 Brimrose 實時預(yù)測軟件，得到每個成分的連續(xù)在線測量結(jié)果。
2. 結(jié)果與討論
2.1 甲苯和 2-氯乙烷雜質(zhì)
回收甲苯樣品在線收集，在圖 1 中顯示的是透過光譜。 在甲苯光譜中很明顯看出光譜間的差異非常小。
以上處理的光譜被用來驗證甲苯和2-氯乙烷校準模型。
圖 3 & 4 顯示了甲苯的校準。模型使用 5 個主成分，校準標準偏差（SEC）為 0.032, 預(yù) 測標準偏差為 0.037，相關(guān)系數(shù)為 0.9760。由于甲苯的差異非常小，可以看出校正和驗證 結(jié)果都非常好。同樣，主要雜質(zhì) 2-氯乙烷獲得相似結(jié)果。
2.2??? 甲醇
圖 7 & 8??? 顯示回收甲醇的透過光譜和一階微分光譜。很明顯在甲醇光譜中，有很多的差異。
甲醇樣品流內(nèi)測量的成分是甲醇和兩個主要雜質(zhì)，甲苯和乙醇。以下 6 個圖顯示 3 個成分的校正和統(tǒng)計結(jié)果。
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圖 9、甲醇的校正模型??????????????????????????? 圖 10、甲醇校正的各指標統(tǒng)計
所有校準模型使用 4 種主成分。甲醇的 SEC 是 0.39, SEP 是 0.45，相關(guān)系數(shù)為 0.9800。 甲苯雜質(zhì)的 SEC 是 0.49, SEP 是 0.62，相關(guān)系數(shù)為 0.96。乙醇雜質(zhì)的 SEC 是 0.23, SEP 是 0.25，相關(guān)系數(shù)是 0.90 。結(jié)果非常好，清晰表明 Brimrose AOTF-NIR Luminar 多通路光譜 儀能夠測量這些回收溶劑。
2.3??? 在線驗證
使用Brimrose實時預(yù)測對被回收的甲苯和甲醇進行模型開發(fā)，然后進行在線應(yīng)用。每隔 幾秒即產(chǎn)生在線結(jié)果–實時趨勢線。趨勢線是由回收溶劑和主要雜質(zhì)組成。在趨勢線上，由 實驗室產(chǎn)生的GC結(jié)果以藍色三角形顯示，紅色三角形是在乙酸鹽圖表情況下。
以上趨勢線說明使用 Brimrose 在線近紅外分析儀獲得的結(jié)果與 GC 結(jié)果之間的一致性非常高。只有乙醇雜質(zhì)圖表末端的一個可懷疑點，那就是 GC 結(jié)果與 NIR 結(jié)果相比顯示的很高。下一個結(jié)果和 NIR 結(jié)果比較就非常好。 除了實時圖表外，現(xiàn)場的樣品進行 GC 分析，對比三種回收溶劑的 NIR 結(jié)果。以下顯示這些現(xiàn)場結(jié)果的一部分。
表 1、回收甲苯的現(xiàn)場核查
表 2、回收乙酸鹽的現(xiàn)場核查
3. 結(jié) 論
研究結(jié)果證明 Brimrose AOTF-NIR Luminar 多通路光譜儀是測量回收溶劑的最佳近紅 外分析儀。近紅外方法的準確率相當(dāng)于參考方法的標準偏差，報告結(jié)果非常快，光纖多路分 析儀使用一臺儀器即可高效測量多達 16 流路，能夠產(chǎn)生巨大的利潤。 基于 NIR 結(jié)果，溶劑 回收過程現(xiàn)在可以被控制在閉路進行操作，通過監(jiān)測和回收流體一樣的流動模式中的流體， 獲取最佳監(jiān)測點，也就是回收溶劑可更快速的達到所需要求規(guī)格，調(diào)整溫度、壓力、流速和 回流率可以保證回收溶劑中的雜質(zhì)量不超過規(guī)定范圍，總之，Brimrose AOTF-NIR Luminar 多 通路光譜儀是對溶劑回收進行持續(xù)、實時、在線測量的最佳工具。
