一种采用近红外光谱分析酸水中硅氧烷含量的方法与流程

本发明涉及一种采用近红外光谱分析酸水中硅氧烷含量的方法，属于石油化工技术领域。

背景技术：

盐酸酸水是有机硅生产（包括二甲水解、H68合成等）的主要副产物之一，酸水中含有一定的有机硅中间体和硅氧烷等杂质,重复使用会在管道、设备中沉积，易造成生产管道的堵塞，影响生产。若当废水处理，需一定的成本，处理不当时还会造成严重的环境污染；若对其处理与回收利用，既解决环保问题，又充分利用资源，变废为宝、节约成本。为监测酸水中硅氧烷含量和处理程度，需要有快速、准确的方法对酸水中的硅氧烷进行测定。

目前酸水中硅氧烷的测定方法主要有红外光谱法，气相色谱法和溶剂萃取烘干法等。红外光谱法，需对样品多次萃取分离和干燥处理，检出限高。气相色谱法需要有标准样品来校准，而大部分未确定分子结构的组分无法定量分析，一些高沸点的物质在气相色谱上很难气化，而导致分析结果有差异。溶剂萃取烘干法会导致酸水中易挥发的硅氧烷烘出，而导致分析及结果偏高，该方法繁琐，分析时间长。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种创新的分析方法，采用四氯化碳为溶剂，以平底玻璃瓶直接萃取分离，以近红外光谱模型分析酸水中硅氧烷含量，与其它方法相比，具有样品预处理简单、快速，操作简单，分析速度快，检出限低等优点。

一种采用近红外光谱分析酸水中硅氧烷含量的方法，具体步骤为：

1.标准样品的收集与配制

标准样品的组成变化范围能覆盖待测样品的实际变化范围，并在该范围内标准样品呈均匀分布；

2. 标准样品中硅氧烷含量的测定

采用四氯化碳对标准样品萃取分离后，并用无水硫酸钠进行干燥处理，以二甲基环硅氧烷的四氯化碳溶液为参照，根据有机硅产品特征吸收峰为1260cm^-1波长的吸收强度，采用红外光谱法对其硅氧烷含量进行测定，并与其理论含量对比；

3. 用近红外光谱仪采集标准样品的近红外光谱

3.1 仪器

傅里叶变换近红外光谱仪，型号MPA，铟镓砷检测器，配有OPUS软件；

离心机；

平底玻璃瓶，直径22mm；

3.2 采集条件：

分辨率：8cm^-1或16cm^-1；

样品扫描次数：32次；

背景扫描次数：32次；

扫描范围：全范围；

3.3 样品预处理

在平底玻璃瓶中加入适量的标准样品与四氯化碳溶剂，充分摇晃，让其萃取完全后，采用离心机离心分层，待测；

3.4 标准样品测定

根据设定采集的条件，采用近红外光谱仪扫描处理后的标准样品。

4. 用OPUS软件根据标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量建立分析模型；

4.1 将标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量输入OPUS软件中的样品集数据表中；

4.2 对近红外光谱进行预处理，并用偏最小二乘法建立模型；

4.3 对初步建立的模型进行优化；

4.4 对建立好的模型进行验证；

5. 按照步骤3，用近红外光谱仪采集待测样品的近红外光谱。

6. 根据建立好的模型和待测样品的近红外光谱预测处理后待测样品中硅氧烷含量；

7. 根据加入待测样品与四氯化碳溶剂的量，计算出待测样品中硅氧烷含量。

本发明的优点如下：

（1）本发明选用四氯化碳为溶剂，在近红外区域吸收很弱，且对硅氧烷溶解效果较好。

（2）本发明采用平底玻璃瓶进行萃取，然后直接用于近红外光谱的测定，不需样品转移，减少了与器皿间的接触，减少测量误差。

（3）本发明采用离心机对萃取的样品进行分离，减少样品预处理时间。

（4）本发明通过近红外光谱模型来进行分析，操作简单，分析速度快，分析时间从原来的1小时可以缩短到十几分钟。

附图说明

图1为实施例1的酸水样品预处理后的近红外光谱图；

图2为实施例1的酸水中硅氧烷含量模型的预测值与真值曲线图。

具体实施例

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

1. 标准样品的收集与配制

样品在组成分布上应具有代表性，即组成变化范围应能覆盖待测样品的实际变化范围，并在该范围内样品应呈均匀分布，以避免局部样品数量过多、偏少或没有的现象发生。

2. 标准样品中硅氧烷含量的测定

采用四氯化碳对标准样品萃取分离后，并用无水硫酸钠进行干燥处理，以二甲基环硅氧烷（DMC）的四氯化碳溶液为参照，根据1260cm^-1波长(有机硅产品特征吸收峰)的吸收强度，采用红外光谱法对其硅氧烷含量进行测定，并与其理论含量对比。

3. 用近红外光谱仪采集标准样品的近红外光谱图

3.1 仪器

傅里叶变换近红外光谱仪，型号MPA，铟镓砷（InGaAs）检测器，配有OPUS软件；

离心机；

平底玻璃瓶，直径22mm。

3.2 采集条件：

分辨率：8cm^-1或16cm^-1；

样品扫描次数：32次；

背景扫描次数：32次；

扫描范围：全范围。

3.3 标准样品预处理

在平底玻璃瓶中4ml的标准样品1#与4ml的四氯化碳溶剂，充分摇晃，让其萃取完全后，采用离心机离心5min，待测。

3.4 标准样品测定

根据设定的条件，采用近红外光谱仪扫描处理后的样品。

4. 用软件根据标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量建立分析模型。

4.1 将标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量输入软件中的样品集数据表中。

4.2 对近红外光谱进行预处理，并用偏最小二乘法建立模型。

4.3 对初步建立的模型进行优化。

4.4 对建立好的模型进行验证。

5. 按照步骤3，用近红外光谱仪采集待测样品的近红外光谱。

6. 根据建立好的模型和待测样品的近红外光谱预测处理后待测样品中硅氧烷含量。

7. 根据加入待测样品与四氯化碳溶剂的量，计算出待测样品中硅氧烷含量，结果见表1。

实施例2：

1. 标准样品的收集与配制

样品在组成分布上应具有代表性，即组成变化范围应能覆盖待测样品的实际变化范围，并在该范围内样品应呈均匀分布，以避免局部样品数量过多、偏少或没有的现象发生。

2. 标准样品中硅氧烷含量的测定

采用四氯化碳对标准样品萃取分离后，并用无水硫酸钠进行干燥处理，以二甲基环硅氧烷（DMC）的四氯化碳溶液为参照，根据1260cm^-1波长(有机硅产品特征吸收峰)的吸收强度，采用红外光谱法对其硅氧烷含量进行测定，并与其理论含量对比。

3. 用近红外光谱仪采集标准样品的近红外光谱图

3.1 仪器

傅里叶变换近红外光谱仪，型号MPA，铟镓砷（InGaAs）检测器，配有OPUS软件；

离心机；

平底玻璃瓶，直径22mm。

3.2 采集条件：

分辨率：8cm^-1或16cm^-1；

样品扫描次数：32次；

背景扫描次数：32次；

扫描范围：全范围。

3.3 标准样品预处理

在平底玻璃瓶中5ml的标准样品2#与4ml的四氯化碳溶剂，充分摇晃，让其萃取完全后，采用离心机离心7min，待测。

3.4 标准样品测定

根据设定的条件，采用近红外光谱仪扫描处理后的标准样品。

4. 用软件根据标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量建立分析模型。

4.1 将标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量输入软件中的样品集数据表中。

4.2 对近红外光谱进行预处理，并用偏最小二乘法建立模型。

4.3 对初步建立的模型进行优化。

4.4 对建立好的模型进行验证。

5. 按照步骤3，用近红外光谱仪采集待测样品的近红外光谱。

6. 根据建立好的模型和待测样品的近红外光谱预测处理后待测样品中硅氧烷含量。

7. 根据加入待测样品与四氯化碳溶剂的量，计算出样品中硅氧烷含量，结果见表1。

实施例3：

1. 标准样品的收集与配制

样品在组成分布上应具有代表性，即组成变化范围应能覆盖待测样品的实际变化范围，并在该范围内样品应呈均匀分布，以避免局部样品数量过多、偏少或没有的现象发生。

2. 标准样品中硅氧烷含量的测定

采用四氯化碳对标准样品萃取分离后，并用无水硫酸钠进行干燥处理，以二甲基环硅氧烷（DMC）的四氯化碳溶液为参照，根据1260cm^-1波长(有机硅产品特征吸收峰)的吸收强度，采用红外光谱法对其硅氧烷含量进行测定，并与其理论含量对比。

3. 用近红外光谱仪采集标准样品的近红外光谱图

3.1 仪器

傅里叶变换近红外光谱仪，型号MPA，铟镓砷（InGaAs）检测器，配有OPUS软件；

离心机；

平底玻璃瓶，直径22mm。

3.2 采集条件：

分辨率：8cm^-1或16cm^-1；

样品扫描次数：32次；

背景扫描次数：32次；

扫描范围：全范围。

3.3 标准样品预处理

在平底玻璃瓶中5ml的标准样品3#与5ml的四氯化碳溶剂，充分摇晃，让其萃取完全后，采用离心机离心7min，待测。

3.4 标准样品测定

根据设定的条件，采用近红外光谱仪扫描处理后的样品。

4. 用软件根据标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量建立分析模型。

4.1 将标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量输入软件中的样品集数据表中。

4.2 对近红外光谱进行预处理，并用偏最小二乘法建立模型。

4.3 对初步建立的模型进行优化。

4.4 对建立好的模型进行验证。

5. 按照步骤3，用近红外光谱仪采集待测样品的近红外光谱。

6. 根据建立好的模型和待测样品的近红外光谱预测处理后待测样品中硅氧烷含量。

7. 根据加入待测样品与四氯化碳溶剂的量，计算出样品中硅氧烷含量，结果见表1。

实施例4：

1. 标准样品的收集与配制

样品在组成分布上应具有代表性，即组成变化范围应能覆盖待测样品的实际变化范围，并在该范围内样品应呈均匀分布，以避免局部样品数量过多、偏少或没有的现象发生。

2. 标准样品中硅氧烷含量的测定

采用四氯化碳对标准样品萃取分离后，并用无水硫酸钠进行干燥处理，以二甲基环硅氧烷（DMC）的四氯化碳溶液为参照，根据1260cm^-1波长(有机硅产品特征吸收峰)的吸收强度，采用红外光谱法对其硅氧烷含量进行测定，并与其理论含量对比。

3. 用近红外光谱仪采集标准样品的近红外光谱图

3.1 仪器

傅里叶变换近红外光谱仪，型号MPA，铟镓砷（InGaAs）检测器，配有OPUS软件；

离心机；

平底玻璃瓶，直径22mm。

3.2 采集条件：

分辨率：8cm^-1或16cm^-1；

样品扫描次数：32次；

背景扫描次数：32次；

扫描范围：全范围。

3.3 样品配制

在平底玻璃瓶中以DMC和四氯化碳溶剂配制五个不同浓度的标准样品，充分摇匀，待测。

3.4 标准样品测定

根据设定的条件，采用近红外光谱仪扫描配制的标准样品。

4. 用软件根据标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量建立分析模型。

4.1 将标准样品的近红外光谱与对应的硅氧烷含量输入软件中的样品集数据表中。

4.2 对近红外光谱进行预处理，并用偏最小二乘法建立模型。

4.3 对初步建立的模型进行优化。

4.4 对建立好的模型进行验证。

5. 按照步骤3，用近红外光谱仪采集待测样品的近红外光谱。

6. 根据建立好的模型和待测样品的近红外光谱预测配制的待测样品中硅氧烷含量，结果见表2。

方法验证

采用近红外光谱模型法和红外光谱法分析1-3实施例中样品的硅氧烷含量，进行结果对比，具体信息见表1。

由表1中结果可见，红外光谱法与近红外光谱模型法所测样品中硅氧烷含量接近，相对差值小于8%。表2中结果可见，采用近红外模型预测结果与理论值接近，相对误差小于5%,而采用近红外光谱法可大大缩短分析时间。