在線檢測在反應(yīng)終點判斷的應(yīng)用以及優(yōu)點（綜述）

更新時間：2024-06-25

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1、關(guān)于在線近紅外分析技術(shù)

近紅外是指波長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，主要用于有機物定性和定量分析的一種檢測技術(shù)。

近紅外光譜為含H基團倍頻和組合頻的振動吸收。在4000~12500cm^-1波數(shù)范圍內(nèi)有含H基團（C-H、O-H、N-H、P-H、Si-H）和其它基團（如C=O等）的一、二、三、四倍頻及其組合頻的振動吸收。近紅外光具有一定的穿透能力（最深可達到5cm）。近紅外光譜特征吸收峰重疊嚴重，一般不采用特征峰直接來定性和定量分析，而要依靠化學(xué)計量學(xué)方法。基于化學(xué)計量學(xué)，建立近紅外光譜與成分指標（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)可以實時檢測整個生產(chǎn)過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)量標準的產(chǎn)品需要在整個生產(chǎn)過程中得到保證，而不是到最后化驗時才知道的，即好產(chǎn)品是生產(chǎn)出來的，而不是化驗出來的。傳統(tǒng)的對終端產(chǎn)品的檢測存在滯后性，對已經(jīng)造成的不合格產(chǎn)品或超過控制標準上限的產(chǎn)品產(chǎn)生的損失無法彌補。終端產(chǎn)品即使化驗合格，由于取樣的代表性，也不能保證產(chǎn)品合格。隨著人力成本越來越貴，如何減員增效也是企業(yè)優(yōu)先考慮的問題。而在精細化工反應(yīng)終點判斷使用在線分析技術(shù)是解決這些問題的最可行方案：

?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)品美譽度，帶來額外的市場和超額收益。

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

?操作控制簡便，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。

?可同時檢測項目多，可代替的人工多。

?減少檢測頻度和取樣頻度，降低勞動強度，節(jié)約勞動力。

?節(jié)約檢測成本，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，在線實時準確檢測，檢測結(jié)果可與工廠系統(tǒng)集成。光源照射樣品上，樣品反射光進入儀器分光系統(tǒng)，固定光柵光譜儀立即得到各個波長吸收對應(yīng)的電信號（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、震動等。大于30次/秒的高速全光譜數(shù)據(jù)采集，測量速度快，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。

3、安裝照片

3.1 車間安裝方式

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

4、反應(yīng)產(chǎn)品建模及驗證結(jié)果

4.1 模型效果

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

4.2 2023年某些批次外部驗證結(jié)果如下：

日期	樣品名	近紅外值	實驗值	偏差
12/8 15:48	22	0.425	0.49	-0.065
12/8 15:30	21	0.472	0.52	-0.048
12/8 15:15	20	0.537	0.6	-0.063
12/8 15:00	19	0.568	0.67	-0.102
12/8 14:49	18	0.638	0.7	-0.062
12/8 14:38	17	0.685	0.8	-0.115
12/8 14:18	16	0.797	0.81	-0.013
12/8 14:04	15	0.867	0.88	-0.013
12/8 13:50	14	0.946	0.97	-0.024
12/7 17:14	34	0.244	0.36	-0.116
12/7 17:00	33	0.274	0.38	-0.106
12/7 16:45	32	0.344	0.39	-0.046
12/7 16:29	31	0.347	0.47	-0.123
12/7 16:14	30	0.403	0.51	-0.107
12/7 16:01	29	0.421	0.53	-0.109
12/7 15:51	28	0.446	0.52	-0.074
12/7 15:39	27	0.466	0.59	-0.124
12/7 15:29	26	0.513	0.61	-0.097
12/7 15:19	25	0.578	0.6	-0.022
12/7 15:10	24	0.595	0.68	-0.085
12/7 15:00	23	0.608	0.65	-0.042
12/7 14:49	22	0.654	0.69	-0.036
12/7 14:40	21	0.684	0.72	-0.036
12/7 14:27	20	0.729	0.82	-0.091
12/7 14:14	19	0.764	0.84	-0.076
12/7 14:04	18	0.813	0.9	-0.087
12/7 13:54	17	0.906	0.97	-0.064
12/7 13:44	16	0.944	1.02	-0.076
12/9 17:11	26	0.255434	0.37	-0.115
12/9 16:47	25	0.317628	0.42	-0.102
12/9 16:31	24	0.344837	0.43	-0.085
12/9 16:15	23	0.394826	0.46	-0.065
12/9 16:00	22	0.420647	0.46	-0.039
12/9 15:46	21	0.447742	0.52	-0.072
12/9 15:30	20	0.502938	0.56	-0.057
12/9 15:14	19	0.561091	0.63	-0.069
12/9 14:58	18	0.636164	0.68	-0.044
12/9 14:47	17	0.685484	0.73	-0.045
12/9 14:30	16	0.782915	0.86	-0.077
12/9 14:18	15	0.871935	0.96	-0.088
12/9 14:08	14	0.917138	1.01	-0.093
		標準偏差		0.030626

說明：從驗證結(jié)果來看，誤差標準偏差與模型效果相當(dāng)，滿足用戶要求，且在線5s出一個數(shù)據(jù)，實時在線檢測更能規(guī)避人為誤差。

5、實驗結(jié)論

1、從模型情況來看，殘留指標線性關(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，外部驗證數(shù)據(jù)近紅外值與實驗室值偏差標準偏差0.031，誤差均滿足用戶要求，可以指導(dǎo)生產(chǎn)。在線檢測速度和檢測的數(shù)據(jù)量將有質(zhì)的提高，可以24h實時監(jiān)控生產(chǎn)線。

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