使用拉曼光譜儀檢測甲醇汽油

應用背景

甲醇汽油是在普通汽油基礎上添加一定比例的甲醇和其它添加劑構成的“調和油”。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后的數字表示甲醇汽油中甲醇的體積百分比。添加甲醇的優點在于能改良普通汽油的品質，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，其燃燒性能和對發動機的要求也不同。低比例的汽油無須對發動機和裝置進行改造，可直接使用。中等比例的甲醇汽油對發動機有一定要求，且往往需要添加對應的助溶劑，高比例的甲醇汽油則不能與普通汽油通用，且需要改造發動機結構。在普通發動機里使用錯誤比例的甲醇汽油會導致汽油熱值下降，且容易產生氣阻影響供油，對發動機密封系統容易產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核心指標，對其含量都有嚴格規定。

準確、高效的檢測甲醇含量對于甲醇汽油生產質量控制與市場產品性能評價都有重要幫助。甲醇汽油的經典檢測方法是氣相色譜法，但該方法因為前處理繁瑣，標定復雜，測試周期長等原因，測試效率低下，難以實現快速檢測。近紅外光譜法可以實現甲醇含量的快速測定，但因為汽油中其他醇類與甲醇的近紅外光譜差異不大，測試結果很容易受其他醇類含量波動的干擾。浙江大學的戴連奎教授發現，基于海洋光學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。

 

測量過程與方法

戴連奎教授使用光纖光譜儀測量了一系列甲醇汽油樣品的拉曼光譜數據。光譜儀采用高靈敏度的制冷CCD探測器，體積小巧，。有關該光譜儀的詳細參數請登錄海洋光學網站上查詢。

實驗中光譜測量范圍是0-2100cm-1，積分時間為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，激光通過激發光纖到達光纖探頭，照射樣品后產生拉曼信號，再經過光纖探頭收集，經過收集光纖進入光譜儀，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，配置成體積分數從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生明顯分層，所以實驗中無需再添加額外的助溶劑。

為準確提取光譜有效信息，原始拉曼光譜需要進行預處理，主要步驟包括譜段選擇、平滑除噪、熒光背景消除和標準歸一化等，標準歸一化選擇了飽和烴特征峰（1460cm-1）強度作為基準光強。