應(yīng)用背景
甲醇汽油是在普通汽油基礎(chǔ)上添加一定比例的甲醇和其它添加劑構(gòu)成的“調(diào)和油”。甲醇汽油分類方法有多種，其中一種是按照甲醇的含量，將其分為三類：低醇汽油（M3-M5）、中醇汽油（M15-M30）和高醇汽油（M85-M100），M后的數(shù)字表示甲醇汽油中甲醇的體積百分比。添加甲醇的優(yōu)點(diǎn)在于能改良普通汽油的品質(zhì)，能提高汽油的辛烷值。同普通汽油、柴油相比，甲醇汽油在相同條件下燃燒更充分，尾氣中常規(guī)CO等污染物與PM2.5微粒排放明顯降低。
甲醇添加比例不同，其燃燒性能和對發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也不同。低比例的汽油無須對發(fā)動(dòng)機(jī)和裝置進(jìn)行改造，可直接使用。中等比例的甲醇汽油對發(fā)動(dòng)機(jī)有一定要求，且往往需要添加對應(yīng)的助溶劑，高比例的甲醇汽油則不能與普通汽油通用，且需要改造發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。在普通發(fā)動(dòng)機(jī)里使用錯(cuò)誤比例的甲醇汽油會導(dǎo)致汽油熱值下降，且容易產(chǎn)生氣阻影響供油，對發(fā)動(dòng)機(jī)密封系統(tǒng)容易產(chǎn)生腐蝕和磨損等不良影響。所以世界很多地方都將甲醇含量作為甲醇汽油的一個(gè)核心指標(biāo)，對其含量都有嚴(yán)格規(guī)定。
準(zhǔn)確、高效的檢測甲醇含量對于甲醇汽油生產(chǎn)質(zhì)量控制與市場產(chǎn)品性能評價(jià)都有重要幫助。甲醇汽油的經(jīng)典檢測方法是氣相色譜法，但該方法因?yàn)榍疤幚矸爆崳瑯?biāo)定復(fù)雜，測試周期長等原因，測試效率低下，難以實(shí)現(xiàn)快速檢測。近紅外光譜法可以實(shí)現(xiàn)甲醇含量的快速測定，但因?yàn)槠椭衅渌碱惻c甲醇的近紅外光譜差異不大，測試結(jié)果很容易受其他醇類含量波動(dòng)的干擾。浙江大學(xué)的戴連奎教授發(fā)現(xiàn)，基于海洋光學(xué)的便攜式拉曼光譜儀，可以快速、無損和高校的檢測甲醇汽油含量[1][2]。
測量過程與方法
戴連奎教授使用海洋光學(xué)QE65000光譜儀測量了一系列甲醇汽油樣品的拉曼光譜數(shù)據(jù)。QE65000光譜儀采用高靈敏度的制冷CCD探測器，體積小巧，性能卓越。有關(guān)該光譜儀的詳細(xì)參數(shù)請登錄海洋光學(xué)官方網(wǎng)站上查詢。
實(shí)驗(yàn)中光譜測量范圍是0-2100cm-1，積分時(shí)間為25s，激光器中心波長是785nm，采樣池尾10mm石英比色皿。樣品放入比色皿后，激光通過激發(fā)光纖到達(dá)光纖探頭，照射樣品后產(chǎn)生拉曼信號，再經(jīng)過光纖探頭收集，經(jīng)過收集光纖進(jìn)入光譜儀，信號扣除暗背景后得到樣本原始拉曼信號。
汽油樣本使用煉油廠提供的多份90#和93#汽油作為基礎(chǔ)油樣，然后加入分析純度大于99.5%的無水甲醇，配置成體積分?jǐn)?shù)從10%到90%一系列不同甲醇含量的甲醇汽油樣品。由于含水量極少，在室溫下待測甲醇汽油樣品未發(fā)生明顯分層，所以實(shí)驗(yàn)中無需再添加額外的助溶劑。
為準(zhǔn)確提取光譜有效信息，原始拉曼光譜需要進(jìn)行預(yù)處理，主要步驟包括譜段選擇、平滑除噪、熒光背景消除和標(biāo)準(zhǔn)歸一化等，標(biāo)準(zhǔn)歸一化選擇了飽和烴特征峰（1460cm-1）強(qiáng)度作為基準(zhǔn)光強(qiáng)。下圖展示了經(jīng)過預(yù)處理前后的樣品拉曼圖譜對比。
圖1 預(yù)處理前的樣品拉曼譜圖
圖2 預(yù)處理后的樣品拉曼譜圖
甲醇的特征峰譜段分布在1021-1091cm-1。該科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，樣品中的甲醇特征峰強(qiáng)度與甲醇濃度相關(guān)性很高，其中在1050cm-1處強(qiáng)度值與甲醇濃度存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，適合作為甲醇濃度特征觀察峰。
結(jié)果與討論
海洋光學(xué)QE系列光譜儀易于攜帶、性能強(qiáng)大、操作簡便和便于集成，為該團(tuán)隊(duì)的研究提供了有力的支持。除了應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，該微型光譜儀也適合于甲醇汽油生產(chǎn)質(zhì)量控制、性能評價(jià)和現(xiàn)場測試等各個(gè)需要便攜式檢測設(shè)備的領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)：
[1]姚捷,戴連奎”,林藝玲. 基于拉曼特征峰的甲醇汽油甲醇含量測定[J]. 光散射學(xué)報(bào),2013,25(01):59-65. [2017-10-03]. DOI：10.13883/j.issn1004-5929.2013.01.009
[2]董學(xué)鋒,戴連奎. 甲醇汽油在線拉曼分析儀的開發(fā)及其應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化儀表,2013,34(08):81-83. [2017-10-03]. DOI：10.16086/j.cnki.issn1000-0380.2013.08.006