一種快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法，采用拉曼光譜技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合的技術(shù)途徑進(jìn)行汽油牌號(hào)快速識(shí)別，實(shí)現(xiàn)快速、低成本、現(xiàn)場(chǎng)鑒別汽油，單個(gè)樣品掃描時(shí)間只需2-3分鐘，對(duì)所得到的汽油拉曼光譜進(jìn)行一階求導(dǎo)處理，再利用主成分分析法提取汽油拉曼特征，通過置信橢圓進(jìn)行分類識(shí)別。該方法可使用便攜式拉曼光譜儀，操作簡便、快速，適合于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要，易于普及推廣，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽油牌號(hào)進(jìn)行快速識(shí)別和監(jiān)控管理，保障消費(fèi)者的利益。
【專利說明】一種快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用拉曼光譜技術(shù)快速識(shí)別汽油牌號(hào)的方法，特別涉及一種采用拉曼光譜技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合的快速識(shí)別汽油牌號(hào)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽油牌號(hào)由汽油的辛烷值決定，如93號(hào)汽油的研究法辛烷值要求不低于93個(gè)單位。辛烷值表征汽油的抗爆指數(shù)，即汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)抵抗爆震得能力，汽油的辛烷值越高，表示其抗爆性越好。目前，我國的汽油牌號(hào)主要為93#、97#兩種。標(biāo)準(zhǔn)的汽油牌號(hào)識(shí)別方法為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)法，我國的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)法由國標(biāo)GB / T503—1995[1]與GB / T5487—1995 [2]規(guī)定([l]General Adminstration of Quaervision, Inspection and Quarantineof the People，s Republic of China(中國國家技術(shù)監(jiān)督局)。Test Method for KnockCharacteristics of Motor Fuels and Aviation Fuels by the Motor Method(GB /T503—1995 汽油辛烷值測(cè)定法(馬達(dá)法).Beijing:Standards Press of China(北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社)，1995.[2]General Adminstration of Quaervision, Inspection andQuarantine of the People’s Republic of China(中國國家技術(shù)監(jiān)督局)。Test Methodfor Knock Characteristics of Motor Fuels and AviatiOn Fuels by the ResearchMethod (GB / T503一1995 汽油辛燒值測(cè)定法(研究法).Bei jing !Standards Press ofChina(北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社)，1995.)。其基本原理為:在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，使用標(biāo)準(zhǔn)燃料和待測(cè)汽油運(yùn)轉(zhuǎn)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行抗暴性對(duì)比，抗震性和標(biāo)準(zhǔn)燃料相同的待測(cè)汽油的辛烷值即為對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)燃料異辛烷百分比。由此可見，標(biāo)準(zhǔn)的汽油牌號(hào)識(shí)別方法步驟復(fù)雜、測(cè)定時(shí)間長，而且實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，使用成本高。因此快速、準(zhǔn)確地測(cè)定汽油的組成信息，對(duì)于保障汽油質(zhì)量、維護(hù)消費(fèi)者合法利益、遏制汽車安全事故等都具有十分重要的意義。
[0003]鑒于傳統(tǒng)的準(zhǔn)汽油牌號(hào)識(shí)別方法存在操作步驟復(fù)雜、成本高等不足，目前一些先進(jìn)的檢驗(yàn)檢測(cè)手段被應(yīng)用在汽油 牌號(hào)識(shí)別，其中最具有代表性的是近紅外光譜法。近紅外光譜法是近年來廣泛獲得重視的汽油識(shí)別方法。其原理是基于汽油在近紅外光譜段(700—2500nm)的C一H振動(dòng)泛頻和組頻產(chǎn)生的光譜吸收帶信息豐富，且近紅外光譜測(cè)量一般在幾秒鐘完成，為快速鑒別汽油牌號(hào)提供的現(xiàn)場(chǎng)、無損的檢驗(yàn)方法，深受市場(chǎng)青睞。但由于不同牌號(hào)汽油的近紅外光譜信號(hào)差異度較小，致使誤判率較高。
[0004]拉曼光譜(Raman spectrosopy)技術(shù)是一門基于拉曼散射效應(yīng)而發(fā)展起來的光譜分析技術(shù)，研究的是分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)信息，汽油的拉曼光譜的特征信息非常豐富，不同牌號(hào)汽油因其拉曼特征譜圖差異度顯著大于近紅外光譜技術(shù)，且也可在幾秒內(nèi)完成檢測(cè)。因此，如何實(shí)現(xiàn)用拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行汽油牌號(hào)的快速、準(zhǔn)確識(shí)別，以便對(duì)汽油質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)監(jiān)管，是目前急需解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用拉曼光譜法快速識(shí)別汽油牌號(hào)的方法，該方法基于便攜化拉曼光譜儀，采用拉曼光譜技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合的技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)快速、低成本、現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別汽油的牌號(hào)，單個(gè)樣品掃描時(shí)間只需2— 3分鐘，將汽油拉曼光譜進(jìn)行導(dǎo)數(shù)處理，并結(jié)合主成分分析法提取汽油拉曼特征，進(jìn)而進(jìn)行分類識(shí)別。該方法操作簡便快速，適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要、易于普及推廣，從而達(dá)到對(duì)汽油牌號(hào)的快速鑒別和監(jiān)控管理，保障消費(fèi)者的利益。
[0006]本發(fā)明主要采用拉曼光譜與化學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行汽油牌號(hào)快速無損鑒定，具體步驟如下:
[0007]1)樣品譜圖采集
[0008]a.收集一定數(shù)量的汽油牌號(hào)為93#和97#的樣品；
[0009]b.調(diào)節(jié)光譜掃描參數(shù),激光能量參數(shù)選擇300mw,積分參數(shù)選擇IOs,這兩個(gè)參數(shù)用來選擇最佳拉曼峰強(qiáng)度；
[0010]其中采用的便攜式拉曼光譜儀由中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院研制，激光光源發(fā)射波長為785nm的近紅外激光，另外必達(dá)泰克公司可提供滿足測(cè)試要求的便攜式拉曼光譜儀。[0011 ] C.測(cè)定每一個(gè)樣品的拉曼光譜，連續(xù)掃描拉曼光譜5次，最后得5次掃描光譜的平均光譜；每一個(gè)光譜的掃描范圍是250— 2300cm-1,分辨率是8CHT1，完成一個(gè)光譜掃描時(shí)間約2分鐘，選擇300— 1800CHT1之間作為本實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)范圍。
[0012]2)譜圖分析
[0013]a.對(duì)汽油拉曼譜圖300— lSOOcnT1進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理，扣除熒光背景干擾，導(dǎo)數(shù)處理在MATLAB R2007a(Mathworks, Natick, MA)分析軟件上，進(jìn)行編程、分析等。
[0014]b.對(duì)一階導(dǎo)數(shù)光譜進(jìn)行主成分分析。由主成分分析得到的新的主成分，在原變量信息量無損很小的基礎(chǔ)上，將原變量線性組合，更大程度上表現(xiàn)出原變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，排除了眾多相互重疊的信息。主成分分析法在MATLAB R2007a(Mathworks, Natick, MA)分析軟件上，進(jìn)行編程、分析等。
[0015]c.由主成分分析得到的主成分I特征值為橫坐標(biāo),主成分3特征值為縱坐標(biāo)作圖，得到93#和97#的分類圖。
[0016]d.根據(jù)93#、97#的大量數(shù)據(jù)樣品進(jìn)行置信橢圓分析，有兩種情況:一種為兩種牌號(hào)的置信橢圓無交叉區(qū)域，一種為兩種牌號(hào)的置信橢圓有交叉區(qū)域。
[0017]其中二維置信橢圓公式為:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法，其特征在于，包括步驟如下: 1)樣品譜圖采集 a.收集一定數(shù)量汽油牌號(hào)為93#和97#的樣品； b.采用拉曼光譜儀測(cè)定每一個(gè)樣品的拉曼光譜圖，選擇波數(shù)SOO-lSOOcnr1作為檢測(cè)范圍； 2)譜圖分析 a.對(duì)波數(shù)為300-18000 1汽油拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理； b.對(duì)一階導(dǎo)數(shù)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析； c.以(d)得到的主成分I特征值為橫坐標(biāo)，主成分3特征值為縱坐標(biāo)作圖，得到93#和97#的分類圖； d.對(duì)由(e)得到的分類圖進(jìn)行置信橢圓分析； 3)樣品結(jié)果判定: 根據(jù)2)中數(shù)據(jù)點(diǎn)落在置信橢圓的位置判斷汽油的牌號(hào)，如落在93#汽油置信橢圓內(nèi)，則判斷為93#汽油；如落在97#汽油置信橢圓內(nèi)，則判斷為97#汽油；如落在93#和97#汽油交叉的區(qū)域或者是置信橢圓外，則判斷為不是93#或97#汽油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法，其特征在于，所述的拉曼光譜儀的激光光源的發(fā)射波長為785nm，由中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院、達(dá)泰克公司可提供滿足測(cè)試要求的儀器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法，其特征在于，所用儀器的激光能量參數(shù)選擇為300mw，積分參數(shù)選擇為10s，測(cè)定每一個(gè)樣品的拉曼光譜，連續(xù)掃描拉曼光譜5次，得5次掃描光譜的平均光譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速識(shí)別汽油牌號(hào)的拉曼光譜方法，其特征在于:對(duì)93#和97#的分類圖，進(jìn)行置信橢圓分析，由MATLAB R2007a分析軟件編程、分析，或者使用具有相同功能的軟件。 其中二維置信橢圓公式為:
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK103439311SQ201310390099
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】鄒明強(qiáng), 張孝芳, 喬樹亮, 齊小花, 劉峰, 劉彩虹 申請(qǐng)人:中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院