1、關(guān)于在線近紅外分析技術(shù)

近紅外是指波長(zhǎng)介于可見光與中紅外之間的電磁波，ASTM將近紅外譜區(qū)定義為780nm~2526nm（12800~3960cm^-1）。

近紅外光譜分析是指利用近紅外譜區(qū)包含的物質(zhì)信息，主要用于有機(jī)物定性和定量分析的一種檢測(cè)技術(shù)。

近紅外光譜為含H基團(tuán)倍頻和組合頻的振動(dòng)吸收。在4000~12500cm^-1波數(shù)范圍內(nèi)有含H基團(tuán)（C-H、O-H、N-H、P-H、Si-H）和其它基團(tuán)（如C=O等）的一、二、三、四倍頻及其組合頻的振動(dòng)吸收。近紅外光具有一定的穿透能力（最深可達(dá)到5cm）。近紅外光譜特征吸收峰重疊嚴(yán)重，一般不采用特征峰直接來(lái)定性和定量分析，而要依靠化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。基于化學(xué)計(jì)量學(xué)，建立近紅外光譜與成分指標(biāo)（如水分、殘留、氯化物、甲醇、甲醛等）之間的多元線性回歸模型，是近紅外光譜定量分析的基礎(chǔ)。

在線近紅外分析技術(shù)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的物料成分含量變化，以保證最終產(chǎn)品質(zhì)量。合乎質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品需要在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中得到保證，而不是到最后化驗(yàn)時(shí)才知道的，即好產(chǎn)品是生產(chǎn)出來(lái)的，而不是化驗(yàn)出來(lái)的。傳統(tǒng)的對(duì)終端產(chǎn)品的檢測(cè)存在滯后性，對(duì)已經(jīng)造成的不合格產(chǎn)品或超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)上限的產(chǎn)品產(chǎn)生的損失無(wú)法彌補(bǔ)。終端產(chǎn)品即使化驗(yàn)合格，由于取樣的代表性，也不能保證產(chǎn)品合格。隨著人力成本越來(lái)越貴，如何減員增效也是企業(yè)優(yōu)先考慮的問(wèn)題。而在精細(xì)化工反應(yīng)終點(diǎn)判斷使用在線分析技術(shù)是解決這些問(wèn)題的最可行方案：

?在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下以合格下限生產(chǎn)，獲得最高產(chǎn)出比。

?提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品美譽(yù)度，帶來(lái)額外的市場(chǎng)和超額收益。

?產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，降低過(guò)渡料的回填成本和費(fèi)用。

?操作控制簡(jiǎn)便，直觀、省力。

?節(jié)約人力成本和安全成本，間接提高企業(yè)收益。

?可同時(shí)檢測(cè)項(xiàng)目多，可代替的人工多。

?減少檢測(cè)頻度和取樣頻度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。

?節(jié)約檢測(cè)成本，提高員工收入。

?減少生產(chǎn)與質(zhì)檢，生產(chǎn)與銷售之間，產(chǎn)品與客戶之間的矛盾。

2、舉例，如DA300在線近紅外儀（非接觸）

DA300在線近紅外分析儀是天津九光科技發(fā)展有限責(zé)任公司研發(fā)制造的二極管陣列在線近紅外分析儀，采用銦鎵砷二極管陣列技術(shù)，連續(xù)光柵全光譜掃描，并行處理所有光譜信息，在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可與工廠系統(tǒng)集成。光源照射樣品上，樣品反射光進(jìn)入儀器分光系統(tǒng)，固定光柵光譜儀立即得到各個(gè)波長(zhǎng)吸收對(duì)應(yīng)的電信號(hào)（即光譜），將光譜傳輸給電腦。

DA300具有穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)，適合惡劣、復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境如粉塵、震動(dòng)等。大于30次/秒的高速全光譜數(shù)據(jù)采集，測(cè)量速度快，靈敏度高。此外，光斑面積大（直徑100mm），尤其適合不均勻樣品的檢測(cè)。

3.1 車間安裝方式

PS：大光斑可以保證檢測(cè)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，非接觸安裝日常儀器維護(hù)量大大減少。

4.1 模型效果

PS：經(jīng)與用戶溝通，最關(guān)注反應(yīng)終點(diǎn)，即殘留在0.2-0.8含量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性，故在這個(gè)范圍內(nèi)多取樣和建模驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，共做9批反應(yīng)，邊收集邊驗(yàn)證，最終后三批次驗(yàn)證結(jié)果滿足用戶要求。

4.2 2023年某些批次外部驗(yàn)證結(jié)果如下：

說(shuō)明：從驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差與模型效果相當(dāng)，滿足用戶要求，且在線5s出一個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)更能規(guī)避人為誤差。

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1、從模型情況來(lái)看，殘留指標(biāo)線性關(guān)系較好，在0.2-0.8的范圍內(nèi)，模型相關(guān)性為0.954，模型SEP 為0.036，外部驗(yàn)證數(shù)據(jù)近紅外值與實(shí)驗(yàn)室值偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差0.031，誤差均滿足用戶要求，可以指導(dǎo)生產(chǎn)。在線檢測(cè)速度和檢測(cè)的數(shù)據(jù)量將有質(zhì)的提高，可以24h實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線。

2、數(shù)據(jù)可以接入DCS控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)化控制生產(chǎn)，保證產(chǎn)品品質(zhì)。