分子荧光光谱在原油分析中的应用概述

原油中富含各类芳烃,而分子荧光光谱对芳烃成分非常敏感,因此它是原油定量及定性分析的常用手段,具有灵敏度高、检测限低、操作简单、分析速度快捷等优点。本文以不同荧光光谱分析模式进行分类,通过介绍常规分子荧光光谱、同步荧光、时间分辨荧光等分析手段,对分子荧光光谱在原油分析中的应用做一概述,并对其发展趋势做了展望。     

矿物油三维荧光光谱特征参数的提取

用日本岛津公司RFPC荧光光谱仪,对柴油、原油的荧光光谱进行了测量,将激发波长、荧光波长和荧光强度用三维坐标表示,经采样和曲面拟合处理得到三维荧光谱图并提取其特征参数.结果表明,特征参数对于三维荧光谱具有确定性,可用来分辨组分和结构相近油种的三维荧光谱特征上的微小差别,应用于油种鉴别是适用的、有效的.     

基于太赫兹光谱的人参和西洋参鉴别

为了快速区分人参和西洋参，依据两者所含的人参皂苷在太赫兹波段具有不同指纹光谱，提出了一种基于人参皂苷的太赫兹光谱鉴别人参和西洋参的方法。采用MATLAB软件识别人参和西洋参的太赫兹光谱，同时根据太赫兹光谱特征并通过标准的主成分分析(PCA)区分出人参、西洋参。实验结果表明，基于太赫兹光谱的主成分分析可精确区分出人参、西洋参，并且还可以应用于其他类似物质的区分中。     

利用太赫兹技术研究重油燃料油标准物质中的微量硫含量

以飞秒激光为基础的太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术是一种新兴的相干远红外光谱测量技术。本文利用THz-TDS技术分析了5种不同硫含量的重油燃料油标准物质在THz波段的光谱特征,实验结果得到各种重油燃料油标准物质有不同的延迟时间、吸收和折射曲线,随着样品硫含量的增加,时间延迟、吸收谱的变化量以及1.0 THz波段的样品折射率均呈现出递增的趋势。THz-TDS技术能够分辨重油燃料油中硫元素的微小差异,可以应用于重油燃料油质量检测与分析,为重油燃料油品质及种类的鉴定提供了一种新的实验方法。     

基于核函数PCA的齿轮箱状态监测研究

讨论核函数PCA(principal analysis component,主元分析)的算法原理,提出基于核函数PCA的齿轮箱状念监测方法。该方法借助于核函数计算得到原始特征的非线性主元,并根据非线性主元构建特征子空间,实现对齿轮箱运行状态的分类识别,并监测其状态变化。实例研究表明,核函数PCA分类效果比PCA好,能有效识别出齿轮箱的不同状念,并及时监测到齿轮箱工作状态的变化。     

基于LCTF多光谱成像的人体指甲特征光谱提取

利用由液晶可调谐滤光片(LCTF)和CCD相机组成的多光谱成像系统在450～1 000 nm光谱范围内每隔10 nm采集人体指甲样本,得到包含56个波段的人体指甲多光谱图像。通过参考白板比较测量法进行反射率反演,得到指甲的准确反射率信息,分别利用主成分分析法(PCA)和波段指数法实现样本图像的降维,得到两个特征空间,并利用光谱角度填图法(SAM)在两个特征空间内对人体指甲进行分类,分类准确度分别为92.5%及82.9%。因此,由主成分分析法得到的特征空间可以作为人体指甲的特征光谱,为指甲多光谱图谱分析和人体健康评估提供了可靠的依据。     

基于自组织神经网络的滚动轴承状态评估方法

针对单一特征在进行故障诊断时准确率不高的问题,提出了一种基于自组织神经网络（SOM）的滚动轴承状态评估方法。该方法首先从原始振动信号中提取出多特征数据,运用主成分分析（PCA）方法对多特征数据进行预处理,采用SOM进行网络训练,构建多特征数据的融合模型,输出竞争神经元层的权值矢量;然后,计算每一个样本到竞争神经元层权值矢量的最小欧氏距离,输出最终的融合指标;最后,通过比较待检测样本与正常样本的最小欧氏距离的差异来判断轴承的状态。将该方法应用于滚动轴承状态评估,试验结果表明：融合指标比单一指标对早期故障更加敏感、更加稳健;同时,融合指标能够定量地描述轴承状态的劣化过程。     

一种新的机器学习方法--PSVM应用于数控磨床智能诊断的研究

针对经典SVM对于样本噪声敏感的局限性问题，在经典SVM基础上，引入主成分分析(PCA)方法，提出一种改进SVM新方法-PSVM。这种新的机器学习方法，既利用了PCA降噪的特性，又具有经典SVM泛化能力强、分类快的特性。改善了经典SVM的鲁棒性。应用小波包分析对信号进行预处理，直接得到特征矢量，并作为PSVM的输入，提出满足实时性要求的分类模型WPSVM。通过实例分析，证明这种方法在分类正确率、分类速度以及适用的样本规模等方面都表现出了一定的优越性。     

基于PCA和SVM算法的肝癌细胞显微后向散射光谱分类

为了实现对肝癌的早期实时和在体探测,基于前期搭建的光纤共聚焦后向散射(FCBS)光谱仪获取肝癌细胞的显微后向散射光谱,分别使用主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)两种算法,对获得的正常肝细胞株(L02)、低转移潜能肝癌细胞株(MHCC97-L)和高转移潜能肝癌细胞株(HCCLM3)三种细胞的后向散射光谱进行分类。使用PCA对获得的三种细胞光谱数据进行降维分析,得到的前两个主成分综合了全部信息的95.4%,由主成分1和主成分2的得分图可以观察到,三种细胞在直观上有明显的区分;对同一数据集选取69例对象通过SVM机器学习算法训练分类模型,随机抽取50例作为训练集,19例作为预测集,最终分类的准确度达到了94.7%。实验结果表明:使用光纤共聚焦后向散射(FCBS)光谱仪获取的细胞显微后向散射光谱可以分别通过PCA和SVM对不同转移潜能的肝癌细胞进行自动分类,这将为研究活检提供必要的检测手段。     

太赫兹光谱技术在药物定性定量检测上的应用

为判断药物的真伪,检查药物的纯度,以及克服目前化学药物定性定量检测中耗时长、损耗样本、操作繁琐等缺陷,提出了一种基于太赫兹光谱技术的快速且能准确定性和定量药物的检测方法。基于太赫兹吸收光谱,提取了氯雷他定、消旋卡多曲的特征峰频点以及峰下面积差特征,并通过这些信息来对药物进行定性与定量检测。实验结果表明：在定量检测中,太赫兹光谱技术具有高的稳定性及检测精度;质量分数梯度变化的线性拟合相关系数达到99.8%;在结合主成分分析法（principal component analysis,PCA）对其他药物的检测中,太赫兹光谱技术定性检测准确率可达100%,定量检测误差小于0.01。这些结果可为后续药物的快速、准确和无损检测提供参考。     

土壤中石油矿物油的荧光特性测量

为了实现对土壤中石油污染物含量的监测,保护土壤环境,采用荧光光谱测量分析方法对原油、柴油、机油3种矿物油进行了荧光特性研究。首先,理论分析了石油有机物受激发射荧光的机理;然后,利用荧光光谱仪对水和土壤中的原油、柴油、机油分别进行了荧光测量实验,考察了它们在不同浓度条件下的光谱特性。结果表明,原油、柴油、机油在水中和土壤中受紫外光激发时都能够发出很强的荧光,荧光光谱位于可见光区350～700nm;当它们在水和土壤介质中的浓度为0.0～1.0mg/kg时,其荧光强度与浓度均成线性关系,在水中最低检测浓度为0.005mg/kg,在土壤中的最低检测浓度为0.010mg/kg。实验证明了利用荧光光谱法对土壤中的石油污染物进行检测分析是可行的。     

石油馏分荧光光谱等高线特征谱分析研究

相对色谱或色质联用分析,荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、取样量少、分析结果快速等优点。三维荧光光谱是有机物种类鉴别领域的新技术,可应用于石油馏分的分类,且具有准备过程简单、信息量丰富和费用低的优点。分析了柴油、汽油、混合油3类石油馏分的三维荧光光谱特征,应用图像信息统计原理,提出了基于三维荧光等高线特征谱分析技术的一种新方法,研究了同一馏分和不同馏分之间特征谱的相关特性,并给出了利用等高线特征谱相关系数鉴别油品的新方法,对3类馏分的分析结果表明,此方法数据客观,识别结果准确。     

微波消解-原子荧光光谱法测定原油中砷含量

采用微波消解方法处理原油样品,研究原子荧光光谱法测定原油中砷元素的方法。详细考察微波消解条件,初步确定微波消解程序。结果表明,采用微波消解-原子荧光光谱法(AFS)与传统的强酸消解-原子吸收光谱法(AAS)相比,具有处理时间短、强酸用量少、自动化程度高、准确度高、检测限低等优点。样品加标回收率92%～103%。     

三维荧光光谱检测地沟油

利用三维荧光光谱检测灵敏度高、选择性强和快速无污染的优点,对掺入了不同比例地沟油的植物油进行了检测。实验结果表明,当掺入的地沟油的含量超过10%时,根据三维荧光光谱的荧光图案特征和特定荧光激发波长的荧光强度下降程度,可以作为判断该植物油是否掺入了地沟油的依据。使用三维荧光光谱检测地沟油优于其他检测方法,其灵敏度和快速、实时的特点适合用于地沟油的测定。     

时间分辨荧光光纤生物传感器的研制及应用

首次研制了一种完全利用光纤实现光耦合及传输的时间分辨荧光光纤生物传感器.该传感器以镧系离子(铕离子)作为被检测物质的荧光标记物,根据铕离子的荧光特性,利用时间分辨检测技术进行生物医学检测.光学部分采用光纤耦合器和石英光纤作生物样品激发光的传导光学元件,生物样品受激发产生的荧光也同样由光纤耦合器及光纤收集和传导,实现了该传感器的紧凑性和小型化,提高了检测灵敏度.经性能测试,该仪器不稳定性小于2.3%,重复测量的互相关高达99.9%.测铕离子标准液的检测限为7.3×10^-10g/L,达到国外有关文献报道的水平.     

低黏度GF-60W-16发动机油节能摩擦模拟试验

为了进一步提高汽车燃料经济性,ILSAC颁布的节能发动机油规格已发展到黏度更低的GF-6级别。由于GF-6发动机节能台架试验周期长、成本高,为了提高开发GF-6 0W-16汽油机油配方的筛选效率,利用摩擦模拟试验分析0W-16汽油机油的摩擦润滑性能,并采用综合分析法研究摩擦模拟试验结果和发动机节能台架结果的相关性。结果表明：汽油机油配方中各添加剂之间的协同效应对其节油率和摩擦润滑性能产生显著影响,有机钼添加剂含量多的低黏度GF-6 0W-16汽油机油比参比油GF-5 0W-20更具减摩作用;试验温度激发汽油机油中有机钼减摩剂进一步发挥作用,降低摩擦因数;所建立的摩擦模拟试验综合分析法能够较好地预测低黏度GF-6润滑油节能台架试验结果。     

Dielectric submicroscopic phase characterisation of engine oil dispersed in jet fuel based on on‐line dielectric spectroscopy

The dielectric submicroscopic phase (DSP) characterisation of oxidised engine oils dispersed in 3# jet fuel has been analysed by on‐line dielectric spectroscopy (DES) in order to establish the correlation between engine oil oxidation degradation degrees and its DSP characteristics. Seven samples with different oxidation degradation degrees called oxidation‐series samples prepared by simulation oxidation have been analysed by Fourier transform infrared spectroscopy, and their insoluble content values according to GB/T8296 have been obtained. A series of dispersion systems composed of 0.3 ml oxidation‐series samples as the dispersed substances and 3 ml 3# jet fuel as the corresponding dispersion mediums have been designed and tested by on‐line DES during the dispersion processes, which resulted in seven series of dispersion‐series samples. Significant DES differences between the 3# jet fuel dispersion mediums and the dispersion systems have been obtained. During the dispersion process, the significant trends including dielectric enhancement stages and dielectric weakening stages have been observed according to both the raw on‐line DES spectra and DES distances, which resulted from the dielectric inhomogeneity and could be regarded as the main DSP characteristics of dispersion systems. The fact that the DSP characteristics were significantly different from the interfacial polarisation characteristics of heterogeneous systems has been verified by the on‐line DES Cole–Cole plots. It has also been proved that there the DSP characteristics of dispersion systems were consistent with their oxidation degradation degrees. And good regression performance can be obtained from both the on‐line DES distances on the basis of partial least squares and on‐line DES spectral data on the basis of multilinear‐partial least squares for insoluble contents and Fourier transform infrared spectroscopy oxidation peak areas. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

SVM3000斯塔宾格黏度计测定液体石油产品的运动黏度

利用奥地利Anton Paar公司生产的SVM 3000斯塔宾格黏度计（Stabinger viscometer）测定了基础油、润滑油、燃料油和原油等透明和不透明石油产品的运动黏度。对不同黏度等级基础油的重复测定结果符合ASTM D7042规定的重复性限要求,三个实验室对润滑油、燃料油和原油的测定结果相对标准偏差在1％以下。分别用斯塔宾格黏度计和毛细管黏度计测定了多种基础油的运动黏度,结果表明两种方法测定40℃运动黏度的结果相关性为Y＝0.9995 X （Y 为斯塔宾格黏度计的测定结果,X为毛细管黏度计的测定结果）,100℃运动黏度的结果相关性为Y＝1.0033 X ,说明两种方法的测定结果一致,无显著性差异。     

石油产品中残炭测定方法的对比

以燃料油、原油和渣油为原料,研究电炉法和微量法残炭测定数据的相关性。对石油产品进行四组分的分离,研究残炭在石油产品组分中的分布。研究结果表明,微量法测定残炭比电炉法测定残炭自动化程度高,便于操作,费时少,批次处理量大,应用范围较广;原油和燃料油的电炉法和微量法残炭数据相关性较好。     

基于二阶校正法的多环芳烃污染物荧光检测

为了对复杂体系的多环芳烃进行定性识别和定量分析,构建了基于二阶校正法的荧光检测系统。利用二阶校正法在三维荧光数据处理中的优势,达到多种混合多环芳烃分离和鉴别的目的。采用FS920荧光光谱仪测量并分析了萘(NAP)、苊(ANA)及两者混合物的荧光光谱特性,发现NAP溶液有一个荧光峰λex/λem=290/322nm,ANA溶液存在两个荧光峰分别为λex/λem=290/322nm和λex/λem=290/336nm,NAP和ANA荧光光谱重叠严重,并且不同浓度配比混合物的荧光光谱具有差异性。通过将二阶校正法与三维荧光光谱法相结合,实现对多环芳烃混合物的浓度检测。分别采用平行因子(PARAFAC)算法和自加权交替三线性分解(SWATLD)算法对光谱数据进行分解。结果表明:两种算法对NAP和ANA混合物均有较高的分辨能力,预测平均回收率均在95%~99%、均方根误差均小于0.2μg/L。相比之下,SWATLD算法的检测效果更好。