[科普中國]-在線分析

在線分析是指采用自動采樣系統(tǒng)，將試樣自動輸入分析儀器中進行連續(xù)或間歇連續(xù)分析的分析技術(shù)。在線分析、內(nèi)線分析和外感分析這3種分析方式統(tǒng)稱為在線分析。與經(jīng)典的化學(xué)分析或?qū)嶒炇乙话愕膬x器分析相比，在線分析具有分析速度快、效率高(每小時可分析幾十甚至上百個樣品)、操作簡單、自動化程度高、節(jié)省人力以及試劑用量等特點，可實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理計算機化，消除了人為產(chǎn)生的誤差。1

基本分類在線分析基本可分為以下4種：

①間歇式在線分析。在工藝主流程中引出一個支線，通過自動取樣系統(tǒng)，定時將部分樣品送入測量系統(tǒng)，直接進行檢測。所用儀器有過程氣相色譜儀、過程液相色譜儀、流動注射分析儀等。

②連續(xù)式在線分析。讓樣品經(jīng)過取樣專用支線連續(xù)通過測量系統(tǒng)連續(xù)進行檢測。所用儀器大部分是光學(xué)式分析儀器，如傅里葉變換紅外光譜儀、光電二極管陣列紫外可見分光光度計等。

③直接在線分析。將化學(xué)傳感器直接安裝在主流程中實時進行檢測。所用儀器有光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器、傳感器陣列、超微型光度計等。

④非接觸在線分析。探測器不與樣品接觸，而是靠敏感元件把被測介質(zhì)的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測。非接觸在線分析是一種理想的分析形式，特別適用于遠距離連續(xù)監(jiān)測。用于非接觸在線分析的儀器有紅外發(fā)射光譜、X射線光譜分析、超聲波分析等。2

在線分析設(shè)備分析儀器組成對于大型在線分析儀器來說，一般包括6個部分。組成框圖如圖所示。

(1)自動取樣裝置：取樣裝置自動快速地把被分析試樣取到儀表主機處。

(2)試樣預(yù)處理系統(tǒng)：其任務(wù)是對氣體和液體試樣進行過濾、穩(wěn)壓、冷卻、干燥、定容、稀釋、分離等操作，對固體試樣進行切割、研磨、粉碎、縮分、加工成形等操作。

(3)檢測器：分析儀器的檢測器是根據(jù)某種物理或化學(xué)等原理把被測的成分信息轉(zhuǎn)換成電信息。

(4)信息處理系統(tǒng)：其任務(wù)是對檢測器給出的微弱電信息進行放大、對數(shù)轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運算、線性補償?shù)刃畔⑻幚砉ぷ鳌?/p>

(5)顯示器：用模擬表頭、各種數(shù)字顯示器或屏幕顯示器顯示出被測成分量的數(shù)值。

(6)整機自動控制系統(tǒng)：自動控制各個部分自動而協(xié)調(diào)地工作，每次測量時自動調(diào)零、校準；有故障時顯示報警或自動處理故障。3

分析儀器分類在線分析儀器一般可按測量原理分為8類：

(1)電化學(xué)式：采用電位、電導(dǎo)、電流分析法的各種電化學(xué)分析儀器．如電導(dǎo)式、電解式、酸度計、離子濃度計、氧化鋯氧分析器、電化學(xué)式有毒性氣體檢測器等。

(2)熱學(xué)式：利用氣體的熱學(xué)性質(zhì)進行氣體成分分析的熱導(dǎo)式氣體分析儀、熱磁式氧分析儀。

(3)磁學(xué)式：目前主要用于氧含量分析。它利用氧的高順磁特性制成，如磁力機械式、磁壓力式氧分析器等。

(4)光學(xué)、電子光學(xué)及離子光學(xué)式：采用吸收光譜法原理的紅外線氣體分析器、近紅外光譜儀、紫外～可見分光光度計、激光氣體分析儀等；采用發(fā)射光譜法的化學(xué)發(fā)光法、紫外熒光法分析儀器；利用透射和散射光度法原理的煙塵濃度計、煙塵不透明計等。

(5)射線式或輻射式：如X射線分析儀、丫射線分析儀、同位素分析儀、微波分析儀等。

(6)色譜儀與質(zhì)譜儀：利用物質(zhì)性質(zhì)進行組分分離并檢測的定性、定量分析方法，如氣相色譜儀、液相色譜儀、四極桿質(zhì)譜計、飛行時間質(zhì)譜儀等。

(7)物性測量儀表：定量檢測物質(zhì)物理性質(zhì)的一類儀器。按其檢測對象來分類和命名，如水分計、黏度計、密度計、濕度計、塵量計、濁度計以及石油產(chǎn)品物性分析儀器等。

(8)其他，如半導(dǎo)體氣敏傳感器等。 3

分析儀器特點在線分析儀器與實驗室分析儀器相比較，它應(yīng)具有3個特點：

第一，從生產(chǎn)工藝流程取樣，樣品狀態(tài)復(fù)雜必須作預(yù)處理，才能送入分析儀器進行分析。因此，在線分析儀器必須具有自動取樣和試樣預(yù)處理系統(tǒng)。
第二，分析數(shù)據(jù)處理自動進行，并顯示或輸出給調(diào)節(jié)器或計算機。從取樣操作到數(shù)據(jù)處理全部自動進行，在線分析儀器必須是完全自動化的。

第三，在線分析儀器的精度可以低些，但是長時間運行，其穩(wěn)定性必須好。3

主要優(yōu)勢離線分析在時間上有滯后性，得到的是歷史性分析數(shù)據(jù)，而在線分析得到的是實時的分析數(shù)據(jù)，能真實地反映生產(chǎn)過程的變化，通過反饋線路，可立即用于生產(chǎn)過程的控制和最優(yōu)化。離線分析通常只是用于產(chǎn)品（包括中間產(chǎn)品）質(zhì)量的檢驗，而在線分析可以進行全程質(zhì)量控制，保證整個生產(chǎn)過程最優(yōu)化。在線分析是今后生產(chǎn)過程控制分析的發(fā)展方向。2

在線分析的應(yīng)用在石油煉化廠中，工業(yè)色譜儀常用于蒸餾、催化裂化、加氫、潤滑油裝置以及油品儲運調(diào)合系統(tǒng)中，其檢測的項目主要有餾程、密度、酸值、黏度、閃點、蒸氣壓、辛烷值、凝點、含硫量和水分等。近期又發(fā)展了在線高速液體色譜儀，快速氣相色譜儀，在線程序升溫色譜儀及氣動氣體色譜儀。例如，用高速液體色譜對汽油、噴氣燃料、單環(huán)或雙環(huán)芳香烴、石油飽和烴組分進行分析，分析時間約lOmim還可用于柴油、潤滑油組分的分析。在線程序升溫色譜儀適用于多組分分析，主要用于煉廠汽、柴、煤等油品分析，代替蒸餾、閃點等物理參數(shù)的測定。

其他在線質(zhì)量分析儀器有餾程、密度、黏度等分析儀。自動餾程分析儀可以連續(xù)測量5%～97%之間預(yù)定的任何一點的餾出溫度，其溫度范圍為66～316℃；還有減壓餾程分析儀，可用于沸點范圍更高的重油和潤滑油的測定；密度儀則主要用于原油蒸餾裝置的進料分析，用來確定蒸餾塔的操作參數(shù)和修定原油的密度指數(shù)范圍；在潤滑油和燃料油的加工過程中，采用了黏度計；在調(diào)合系統(tǒng)中，采用了氣液比測定儀、蒸餾分析儀、辛烷值測定儀、閃點及濁點測定儀等。

20世紀80年代，自動分析儀的主要發(fā)展方向是帶微處理機的分析系統(tǒng)。例如，微處理機一色譜系統(tǒng)可以完成數(shù)字積分器的功能，包括峰的檢測、面積積分、保留時間的計算、基線漂移的校正、組分含量的計算等。并對產(chǎn)品質(zhì)量進行閉環(huán)控制，把測定結(jié)果作為自動控制的信號，直接發(fā)出指令進行操作，使生產(chǎn)控制在最佳數(shù)值上。

微處理機還可與其他在線質(zhì)量分析儀聯(lián)用。利用微處理機的控制運算，存儲機能進行自動調(diào)零，根據(jù)標準樣品調(diào)整范圍以達到測量的線性化，從而使分析儀器達到更高的準確度和靈敏度。帶微處理機的分析儀的特點是能長期連續(xù)自動進行，可靠性高，方法簡易，自動進行校準和標準化，帶自動狀態(tài)檢測和故障分析程序，能自動校正環(huán)境溫度、壓力變動所引起的分析誤差等；并可以實行閉環(huán)控制，可使生產(chǎn)操作有顯著的改進，不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量，還節(jié)省了大量的分析人員。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

鄭國忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)