術(shù)語及定義
◆拉曼散射：當(dāng)一束單色光通過透明介質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)的與入射光頻率不同的散射光稱為拉曼(Raman)散射光。拉曼散射是由入射光子與試樣分子發(fā)生非彈性碰撞而產(chǎn)生的。
◆拉曼位移：入射光頻率與拉曼散射光頻率之差，稱為“拉曼位移”。對(duì)于同一種物質(zhì)，隨著入射光頻率的改變，拉曼散射光的頻率也隨之改變，但拉曼位移保持不變。
◆拉曼光譜：對(duì)拉曼散射光進(jìn)行分光后得到的光譜被稱為拉曼光譜，它直接反映了物質(zhì)分子振動(dòng)的特異性信息。對(duì)二甲苯的拉曼光譜如圖所示，它反映了該分子各種振動(dòng)信息。基于這種分子指紋信息，拉曼光譜已成為分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的常用手段之一。
對(duì)二甲苯的拉曼光譜
◆拉曼特征峰：對(duì)于某一混合體系中的某一種物質(zhì)分子，混合物光譜中只屬于該分子的光譜峰被稱為“拉曼特征峰”。假設(shè)某一混合體系由EB(乙苯)、PX、MX(間二甲苯)、OX(鄰二甲苯)、PDEB(對(duì)二乙基苯)組成，這些純物質(zhì)的局部拉曼光譜如圖所示，可見PX在該譜段400~900cm-1有4個(gè)拉曼峰，但只有2個(gè)特征峰，分別位于462cm-1、 831cm-1。
C8芳烴與PDEB純組分的拉曼光譜
◆拉曼定量分析模型 ：對(duì)于某一混合物中的某一種物質(zhì)，當(dāng)入射光強(qiáng)等實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，該物質(zhì)拉曼特征峰的高度與其濃度直接相關(guān)。由已知樣本建立的待檢測(cè)組分濃度與其拉曼特征峰之間的函數(shù)關(guān)系，稱為拉曼定量分析模型。對(duì)于上述混合體系，PX濃度不同的96個(gè)混合樣品的拉曼光譜如圖所示。可見 ，位于831cm-1的PX特征峰高度已直接反映了混合樣品中的PX濃度。
拉曼光譜儀工作原理
基于拉曼光譜儀工作原理如圖所示。激光器所發(fā)出的單色激發(fā)光經(jīng)專用光纖與拉曼探頭照射采樣管內(nèi)的待測(cè)樣本，激發(fā)的拉曼散射光經(jīng)光纖探頭收集，由專用光纖傳輸?shù)焦饫w光譜儀進(jìn)行分光與模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后由計(jì)算機(jī)對(duì)拉曼光譜進(jìn)行預(yù)處理、分析模型計(jì)算， 以獲得待測(cè)樣本相應(yīng)的組成含量與其他品質(zhì)指標(biāo)。
拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)組成
整套拉曼光譜在線分析儀如圖所示，分為現(xiàn)場(chǎng)采樣裝置和分析儀主機(jī)兩部分，中間利用光纖進(jìn)行激光與拉曼信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。現(xiàn)場(chǎng)采樣柜為本安結(jié)構(gòu)，無須供電，直接放置在工藝管線旁。分析儀主機(jī)包括激光器、光譜儀、光路變換矩陣以及一套嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要完成光譜采樣的自動(dòng)控制、光譜數(shù)據(jù)的獲取與處理、分析模型計(jì)算及數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)裙δ堋?/span>分析結(jié)果的輸出除標(biāo)準(zhǔn)的Modbus數(shù)字通信外，還包括4-20mA電流輸出(可選)。
對(duì)于拉曼光譜在線分析儀，由激光器、光譜儀、拉曼探頭、連接光纖等光學(xué)部件以及嵌入式PC組成的檢測(cè)系統(tǒng)，類似于自動(dòng)化儀表中的“一次儀表”，其性能直接決定了整個(gè)分析儀的重復(fù)性、響應(yīng)速度等指標(biāo)；而基于拉曼光譜的分析軟件與分析模型，類似于自動(dòng)化儀表中的“二次儀表 ”，一 定程度上決定了儀表的分析精度等指標(biāo)。
拉曼光譜儀在石油化工領(lǐng)域典型的應(yīng)用
①吸附分離塔、精餾塔等分離設(shè)備中液相混合物的組成與含量檢測(cè)。
②反應(yīng)過程監(jiān)控，包括各類連續(xù)或間歇 的液相反應(yīng)過程，該系統(tǒng)可直接快速測(cè)量化學(xué)反應(yīng)期間反應(yīng)物、中間體、副產(chǎn)物和產(chǎn)物的含量，因而能實(shí)時(shí)判斷反應(yīng)完成程度、轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)終點(diǎn)。
③石腦油、汽油、芳烴、烯烴等相關(guān)生產(chǎn)裝置與汽柴油調(diào)和裝置，可用于檢測(cè)產(chǎn)品的烯烴/芳烴含量、汽油辛烷值等指標(biāo)。
④石油化工領(lǐng)域，特別是煤化工(合成氨，煤制甲醇，煤制 SNG，煤制BDO，乙二醇等)的過程氣體的全組分快速測(cè)量。
⑤鋼鐵行業(yè)焚燒爐，鍛造爐等裝置上的氣體組分分析。
⑥天然氣的全組分分析。
