在線近紅外光譜儀具有分析速度快，同時(shí)測(cè)量多種質(zhì)量參數(shù)，采用光纖路由器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)單機(jī)同時(shí)測(cè)量多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的物料，多種測(cè)量附件可以方便在線測(cè)量液體和固體樣品，分析精密度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可有效地解決過程質(zhì)量信息的自動(dòng)化測(cè)量難題，已被廣泛地用于石化、制藥、糧食、食品等工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)生了顯著社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

在線近紅外光譜儀的組成

　　在線近紅外光譜儀主要由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和分析模型等三部分構(gòu)成。

　　一、硬件系統(tǒng)

　　在線近紅外光譜儀硬件部分主要包括光譜儀、光纖測(cè)量附件、快速回路、樣品預(yù)處理系統(tǒng)等部分，此外，還有防爆系統(tǒng)和戶外分析小屋等。

　　光譜儀是在線近紅外光譜儀的心臟。目前幾乎所有類型的近紅外光譜儀，如固定波長濾光片掃描光柵色散、固定光路陣列檢測(cè)器、傅立葉變換和聲光可調(diào)濾光器，都有用于在線分析的報(bào)道。許多生產(chǎn)過程需每天24h連續(xù)進(jìn)行在線分析儀也應(yīng)無間斷連續(xù)運(yùn)行。在選擇在線光譜儀時(shí)，抗環(huán)境干擾以保持自身穩(wěn)定性的性能指標(biāo)，成為首要考慮的問題。固定光路陣列檢測(cè)器，內(nèi)部沒有移動(dòng)光學(xué)部件，其性能價(jià)格比也較為合理，更適用于在線分析。

　　大多數(shù)在線近紅外光譜儀都采用光纖方式遠(yuǎn)距離傳輸光。光纖的化學(xué)和熱穩(wěn)定性對(duì)電磁干擾不敏感等特性，使其可在困難、危險(xiǎn)環(huán)境以及復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作;價(jià)廉、輕巧、使用壽命長，安裝和維護(hù)方便;采用光纖和光纖多路轉(zhuǎn)換器，很易實(shí)現(xiàn)一臺(tái)光譜儀檢測(cè)多路物料，提高儀器的利用效率。

　　光譜在線采樣主要有兩種方式:流通池和直接插入式光纖探頭。流通池方式需要從裝置主流路引出一旁路，為了減少機(jī)械雜質(zhì)等因素對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響，通常需將樣品引入預(yù)處理系統(tǒng)，對(duì)樣品的壓力、溫度和流速控制以及對(duì)樣品中的氣泡、水分和機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行濾除，待測(cè)樣品經(jīng)預(yù)處理后流入流通池，由光纖探頭方式是將探頭直接插入主流路中，但這種方式會(huì)受到如壓力、溫度、氣泡等對(duì)光譜的影響，探頭還容易被污染，需定期將其拆卸拔出清洗，探頭的長期插拔不僅存在光纖損壞的潛在危險(xiǎn)性，還會(huì)對(duì)光譜的測(cè)量一致性帶來影響。

　　樣品預(yù)處理系統(tǒng)并非是在線近紅外光譜儀的必須部分，但在一些液體樣品的過程分析中，卻扮演著重要的角色。它的主要功能是控制樣品的溫度、壓力和流速，以及脫除樣品中的氣泡、水分和機(jī)械雜質(zhì)等影響因素，確保分析結(jié)果有效準(zhǔn)確。此外，樣品預(yù)處理系統(tǒng)還包括近紅外分析模型界外樣品抓樣裝置。

　　二、軟件系統(tǒng)

　　在線近紅外光譜儀的軟件應(yīng)具備以下功能：

　　1、測(cè)量與分析功能，如光譜的采集，待測(cè)樣品類型的判斷，樣品性質(zhì)或組成的定量計(jì)算等;

　　2、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，如光譜預(yù)處理方法、多元定量校正方法和定性校正方法、模型傳遞方法等;

　　3、數(shù)據(jù)與信息顯示功能，如顯示各個(gè)通道所測(cè)的當(dāng)前物化性質(zhì)結(jié)果及歷史趨勢(shì)圖，各個(gè)通道的歷史數(shù)據(jù)，質(zhì)量及分析模型界外點(diǎn)報(bào)警內(nèi)容等;

　　4、數(shù)據(jù)管理功能，如分析模型庫、光譜和分析測(cè)量結(jié)果的儲(chǔ)存管理，分析模型輸入輸出等;

　　5、通訊功能，如執(zhí)行操作室發(fā)送的查詢、數(shù)據(jù)傳輸?shù)让?如分析模型、測(cè)定結(jié)果的輸入與輸出)，以模擬信號(hào)、Modbus協(xié)議等方式APC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)等;

　　6、故障診斷與安全功能，如由氣泡、電壓波動(dòng)等因素引起的假分析信號(hào)的識(shí)別、光譜儀性能安全監(jiān)控、環(huán)境條件監(jiān)控、樣品預(yù)處理系統(tǒng)安全監(jiān)控、緊急報(bào)警等;

　　7、監(jiān)控功能，如對(duì)樣品預(yù)處理系統(tǒng)各單元的操作參數(shù)以及分析模型界外樣品抓樣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

　　三、分析模型

　　在線近紅外光譜儀分析模型，就是通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法將光譜與樣品性質(zhì)直接關(guān)聯(lián)得到的兩者之間的函數(shù)關(guān)系。模型的建立需要收集大量在組成和性質(zhì)分布上具有代表性的樣品(訓(xùn)練集樣品)，并測(cè)量其近紅外光譜和采用標(biāo)準(zhǔn)方法或參考方法測(cè)定其組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。然后，采用先進(jìn)的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)光譜和性質(zhì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立兩者之間的函數(shù)關(guān)系。模型精度與適用范圍將直接關(guān)系到該技術(shù)應(yīng)用的成敗。

在線近紅外光譜儀的應(yīng)用

　　1、在石化工業(yè)中的應(yīng)用：

　　在線近紅外光譜儀已廣泛用于石化工業(yè)中原油蒸餾、催化裂化、催化重整、油品調(diào)和、蒸汽裂解，高分子聚合等大型石化工業(yè)裝置，取得了顯著效益。

　　汽油調(diào)合組分包括直餾汽油、催化汽油、重整汽油、烷基化汽油、抽余油、MTBE等組分。傳統(tǒng)的汽油調(diào)合方法是泵循環(huán)罐式調(diào)合，不僅需要昂貴的調(diào)合罐區(qū)投資，而且調(diào)合時(shí)間長，油品消耗大，同時(shí)不能對(duì)調(diào)合比例精確控制，調(diào)合作業(yè)分批進(jìn)行，一次調(diào)合合格率低，調(diào)合成本高。

　　使用在線近紅外光譜儀對(duì)調(diào)合組分及成品油的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，指標(biāo)包括烯烴、芳烴、苯及氧化物含量、辛烷值、餾程、蒸氣壓等。這些質(zhì)量參數(shù)被傳送到多變量優(yōu)化控制軟件，根據(jù)調(diào)合策略等約束條件進(jìn)行調(diào)合計(jì)算，并將計(jì)算得到的調(diào)合指令(各調(diào)合組分的流量)傳送到DCS控制系統(tǒng)執(zhí)行。

　　在線近紅外光譜儀實(shí)時(shí)測(cè)定成品油質(zhì)量指標(biāo)，與調(diào)合目標(biāo)值進(jìn)行比較，對(duì)各調(diào)合組分的流量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量卡邊及平穩(wěn)操作。實(shí)現(xiàn)了在保證汽油質(zhì)量規(guī)格前提下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理地調(diào)合，即Zda限度地使用價(jià)格低和庫存充裕的組分，將價(jià)格貴組分的用量Z小化，同時(shí)避免某些重要質(zhì)量指標(biāo)(如辛烷值)富裕情況導(dǎo)致成品油質(zhì)量“白送”現(xiàn)象，從而獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益。

　　2、在果品分選系統(tǒng)中的應(yīng)用：

　　在農(nóng)產(chǎn)品收購和貿(mào)易環(huán)節(jié)使用在線近紅外光譜儀快速提供大批量物料的質(zhì)量，推行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，極大地促進(jìn)了種植業(yè)種植管理，改善糧食，水果，肉類品質(zhì)改善，其結(jié)果是直接改善了人民生活質(zhì)量。我國雖然是水果生產(chǎn)大國，其生產(chǎn)技術(shù)水平還很落后，其他行業(yè)也存在若類似現(xiàn)象，可見未來我國大力發(fā)展和應(yīng)用近紅外過程質(zhì)量分析儀表技術(shù)將是多么重要!