柴油硫含量的中红外光谱技术检测方法

吴意囡，詹白勺

（1.台州市质量技术监督检测研究院，浙江台州 318000；2.台州学院，浙江台州 318000）

柴油硫含量的中红外光谱技术检测方法

吴意囡1，詹白勺2

（1.台州市质量技术监督检测研究院，浙江台州 318000；2.台州学院，浙江台州 318000）

对获取的柴油原始光谱数据分别采用遗传算法（Genetic algorithms，GA）提取特征波长，然后采用了PLS（Least square regression）建立预测模型，结果表明：GA-PLS算法精度较高，RPD为1.95，RMSEP为0.028 6，r2pre为0.88，可以用于柴油硫含量的快速检测。

中近红外光谱；柴油硫含量；遗传算法

柴油中的活性硫能直接腐蚀金属，非活性硫化物燃烧后会形成亚硫酸或硫酸，严重腐蚀发动机机件。还能使气缸壁和曲轴箱的润滑油变质。因此，柴油硫含量是判断柴油品质的重要指标之一，测定柴油的硫含量，对于正确评价柴油品质等方面的研究有很强的现实意义[1,2]。传统的柴油硫含量检测分析速度慢、损害环境和单项目分析，不能够满足快速、实时、低成本和无污染检测柴油硫含量的现实需求。近红外光谱检测技术因其原位检测、低成本、环境友好、快速和多项目同时检测等特点，在柴油硫含量检测研究领域得到了快速发展[1,3]。

1 材料和光谱采集

本研究采集的柴油样本来自台州市质量技术监督研究院，样本取自台州地区各市区县加油网点。本实验中近红外光谱检测仪器选用WQF-510A中红外光谱仪见表1。

表1 建模集和预测集柴油硫含量统计分析

2 结果与讨论

2.1 光谱预处理

分别对原始光谱进行标准正态变量变换（SNV）、一阶微分（SG+1st derivative）、多元散射校正（MSC）预处理，从而确定较优的光谱预处理方法。采用PLS建模方法对这些预处理后的光谱进行建模分析，本研究采用PLS建模，模型评价指标有剩余预测偏差（RPD）、决定系数（R2）和均方根预测误差（RMSEP）。

从表2可以看出：通过比较，采用原始光谱建模结果最优，出现这种结果的原因或者是因为采集光谱时，原始数据不受环境光的影响，散射影响小，故后面的算法分析以原始光谱为基础进行。

表2 柴油样本PLS模型光谱不同预处理结果

2.2 特征波长提取

遗传算法（GA）选取特征波长是通过频率值来确定建模变量的数量[7,8]，运行遗传算法得到的response（% C.V.variance）和预测误差RMSEC如图1所示。图2中横线表示变量阈值，横线上面变量表示保留变量，横线下面变量将不用于建模分析。

图1 遗传算法得到的response（% C.V.variance）和RMSEC

图2 遗传算法挑选特征波长的频率值

2.3 建模分析

为了评价GA选取特征波长的有效性，GA选择的变量有16个，建立PLS的模型，并将选取的特征波长分别作为输入得到的建模结果如表4所示。其精度是RPD为1.95，RMSEP为0.028 6，r2pre为0.88见表3。

表3 基于GA选取特征波长的PLS模型结果

3 结论

本文应用近红外光谱分析技术检测柴油硫含量，使用GA的变量选择特征波长，并将选取的特征波长输入至PLS模型中验证，结果表明：GA算法得到的特征变量代表性好，精度为RPD为1.95，RMSEP为0.028 6，r2pre为0.88。该方法可以用来建立柴油硫含量快速检测。

[1] Kordulis C，Bourikas K，Gousi M，et al.Applied catalysis B： environmental，2016，181：156.

[2] 李敬岩，安晓春，田松柏，等.柴油十六烷值快速分析技术研究[J].石油炼制与化工，2016，47(5)：101-107.

[3] 方孝荣，章海亮，黄凌霞，等.近红外光谱技术结合RCA和SPA方法检测土壤总氮研究[J].光谱学与光谱分析，2015，35(5)：1248-1252.

D e t e r mi n a t i o n o f S u l f u r C o n t e n t i n D i e s e l b y Mi d-i n f r a r e d S p e c t r o s c o p y

Wu Yi-nan，Zhan Ba-shao

In this paper，we use genetic algorithm（GA）to extract the characteristic wavelengths of the original spectral data of diesel fuel，and then use PLS（least square regression）to establish the prediction model.The results show that the GA-PLS algorithm has high accuracy，1.95，RMSEP 0.028 6，r2pre0.88，can be used for rapid detection of diesel sulfur content.

near-infrared spectroscopy；diesel sulfur content；genetic algorithm

O433

A

1003-6490（2017）08-0073-02

2017-06-02

台州科技计划项目（162gy45）。

吴意囡（1977—），女，浙江台州人，高级工程师，主要从事光谱检测研究。