气体混合物的增强拉曼分析制造技术

本发明专利技术涉及气体混合物的增强拉曼分析。本公开包括公开了一种使用光谱并结合气体样品的外在或内在特性的测量来分析多组分气体样品的方法。将所述光谱分析和所述测量的结果相结合以量化通过所述光谱分析看不见的气体组分。

【技术实现步骤摘要】
气体混合物的增强拉曼分析
本公开一般涉及使用拉曼光谱分析气体混合物。
技术介绍
通过拉曼光谱对气体样品的组成分析针对由至少两个原子组成的那些化学物类实现了对气体样品内化学物类的丰度的测量。仅由一个原子组成的物类(诸如惰性气体氦气和氩气)和离子键合物质(如盐)，对拉曼光谱是不可见的。实际上，这些拉曼不可见物类存在于一些化学混合物中，并且通常需要被量化。诸如近红外光谱和红外光谱的吸收光谱具有与拉曼分析相似的局限性。也就是说，诸如同核双原子分子(O2、N2等)和离子键合盐之类的物质对吸收光谱是不可见的，但是这些物质也存在于一些化学混合物中并且通常需要被量化。在含有拉曼或吸收光谱不可见的组分的样品流中，通常需要补充光谱测量以量化不可见物类并获得完整的组成分析。例如，在肥料厂的合成回路中，氩气与其它气体一起存在。虽然拉曼光谱可以表征样品中的大多数气体，但是氩气的检测需要另一种技术，诸如气相色谱法或质谱法。这些方法的成本相对较高，并且不太适合在管道或反应器内进行原位检测。虽然也存在可以量化拉曼不可见物类的成本较低的分析方法，但是这些方法适用于只有少量组分的混合物，理想上是仅含有两种气体的混合物，即二元混合物。但是，在许多工业应用中，在样品中会存在许多气体，所以必须对用于求解二元混合物的方法的应用进行改进，并且必须假设哪些组分是变化的而哪些组分是稳定的。因此，仍然需要在该
中做出更大贡献以实现包括光谱不可见物类的混合物的组成分析。
技术实现思路
本公开公开了一种分析多组分物质样品的组成的方法，其包括：使用光谱设备确定多组分物质样品的第一组成；基于第一组成，计算包含了物质样品的各个组分的归一化摩尔量的相对组成矩阵；使用相对组成矩阵计算物质样品的第一次要特性的值；利用用于测量第一次要特性的值的传感器，测量物质样品的第一次要特性的值；以及，确定第一次要特性的计算值与第一次要特性的测量值之间的第一差值是否超过第一阈值，其中，在确定第一差值超过第一阈值时：将第一差值归因于对光谱设备不可见的组分；使用第一差值计算光谱不可见组分的第一量；将光谱不可见组分的第一量添加到相对组成矩阵中；以及，对相对组成矩阵中各个组分的归一化摩尔量进行调整，以考虑光谱不可见组分的第一量。该方法可以包括使用拉曼光谱设备，并且将光谱不可见定义为对拉曼光谱不可见的。可替代地，该方法可以包括使用近红外吸收光谱设备，并且将光谱不可见定义为对近红外吸收光谱不可见的。可替代地，该方法可以包括使用红外吸收光谱设备，并且将光谱不可见定义为对红外吸收光谱不可见的。该方法可以应用于气相的或凝聚相的物质。第一次要特性可以是下列之一：导热性、导电性、粘度、pH、密度、浊度、和变色化学反应。在实施例中，该方法可以包括：使用相对组成矩阵计算物质样品的第二次要特性的值，该第二次要特性与第一次要特性不同；利用用于测量第二次要特性的值的传感器，测量物质样品的第二次要特性的值；以及，确定第二次要特性的计算值与第二次要特性的测量值之间的第二差值是否超过第二阈值，其中，在确定第二差值超过第二阈值时：将第二差值归因于样品中存在的光谱不可见组分；使用第二差值计算光谱不可见组分的第二量；使用光谱不可见组分的第一量和光谱不可见组分的第二量的加权平均值计算光谱不可见组分的第三量；将相对组成矩阵中光谱不可见组分的第一量替换为光谱不可见组分的第三量；以及，对相对组成矩阵中各个组分的归一化摩尔量进行调整，以考虑光谱不可见组分的第三量。在另一个实施例中，一种分析多组分气体样品的组成的方法包括：使用光谱设备确定多组分气体样品的第一组成；基于第一组成，计算包含了多组分气体样品的各个组分的归一化摩尔量的相对组成矩阵；使用摩尔质量和相对组成矩阵的各个组分的归一化摩尔量，计算相对组成矩阵的平均摩尔质量；测量气体样品的温度、压力和密度，并由此计算气体样品的逆压缩因子；使用平均摩尔质量、逆压缩因子和光谱不可见气体的摩尔质量，计算光谱不可见气体的摩尔量；将光谱不可见气体的摩尔量添加到相对组成矩阵中；以及，对相对组成矩阵中各个组分的归一化摩尔量进行调整，以考虑光谱不可见气体的摩尔量。该方法可以包括使用拉曼光谱设备，并且将光谱不可见定义为对拉曼光谱不可见的。可替代地，该方法可以包括使用近红外吸收光谱设备，并且将光谱不可见定义为对近红外吸收光谱不可见的。可替代地，该方法可以包括使用红外吸收光谱设备，并且将光谱不可见定义为对红外吸收光谱不可见的。在另一个实施例中，一种分析多组分气体样品的组成的方法包括：使用光谱设备确定多组分气体样品的第一组成；基于第一组成，计算包含了多组分气体样品的各个组分的归一化摩尔量的相对组成矩阵；测量气体样品的温度、压力和密度，并由此计算气体样品的第一压缩因子；估算光谱不可见气体的摩尔量；将光谱不可见气体的估算的摩尔量添加到相对组成矩阵中；对相对组成矩阵中其它组分的归一化摩尔量进行调整，以考虑光谱不可见气体的估算的摩尔量；使用相对组成矩阵计算气体样品的第二压缩因子；确定第一压缩因子与第二压缩因子之间的差值是否超过阈值，其中，在确定差值超过阈值时：对相对组成矩阵中光谱不可见气体的估算的摩尔量进行调整，以使第一压缩因子与第二压缩因子之间的差值减小；重复执行调整相对组成矩阵中的各个组分的归一化摩尔量，计算第二压缩因子以及确定第一压缩因子与第二压缩因子之间的差值是否超过阈值，直到差值不超过阈值。该方法可以包括使用拉曼光谱设备，并且将光谱不可见定义为对拉曼光谱不可见的。可替代地，该方法可以包括使用近红外/红外吸收光谱设备，并且将光谱不可见定义为对近红外/红外吸收光谱不可见的。附图说明所描述的实施例和本文中包含的其它特征、优势和公开内容以及实现它们的实质将变得显而易见，并且将参照下面结合附图对本公开的各个实施例的描述来更好地理解本公开，其中：图1示出所公开方法的实施例的流程图；图2示出使用理想气体近似的混合物组成的示例性计算；以及图3示出使用非线性迭代法的混合物组成的示例性计算。具体实施方式本公开公开了用于确定气体或凝聚相混合物的组成物类(包括光谱不可见物类)的量的系统与方法。根据本公开的至少一个方面，该方法包括用对样品的第二分析补充对该多组分样品的第一分析。第一分析可能无法量化样品中的所有组分，因此使用与第一分析中使用的工具、检测器和传感器不同的工具、检测器和传感器进行第二分析，并且将两分析的结果相结合以确定该多组分样品的完整组成。为了促进对本公开的原理的理解的目的，将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当明白，并不由此限制本公开的范围。在本公开的至少一个实施例中，使用拉曼光谱对多组分气体样品进行第一分析。该第一分析(即拉曼分析)确定气体样品中存在的具有拉曼特征的各个化学物类的类型和量。通过拉曼光谱检测不到那些不具有拉曼特征的物质，例如，不形成分子或者被离子键合的物质，因为它们不会使它们散射的光产生波长偏移。因此，进行不使用拉曼光谱的第二分析，以测量拉曼不可见组分的存在。第二分析包括计算气体样品的一种或多种特性，该一种或多种特性也可以被测量。因此，第二分析包括测量气体样品的一种或多种特性，当气体样品的组成成分是已知的时该一种或多种特性也可以被计算。因此，将在第二分析中使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析多组分物质样品的组成的方法，包括：使用光谱设备确定多组分物质样品的第一组成；基于所述第一组成，计算包含所述物质样品的各个组分的归一化摩尔量的相对组成矩阵；使用所述相对组成矩阵计算所述物质样品的第一次要特性的值；利用用于测量所述第一次要特性的值的传感器，测量所述物质样品的所述第一次要特性的值；以及确定所述第一次要特性的计算值与所述第一次要特性的测量值之间的第一差值是否超过第一阈值，其中，在确定所述第一差值超过所述第一阈值时：将所述第一差值归因于对所述光谱设备不可见的组分；使用所述第一差值计算所述光谱不可见组分的第一量；将所述光谱不可见组分的所述第一量添加到所述相对组成矩阵中；以及对所述相对组成矩阵中各个组分的所述归一化摩尔量进行调整，以考虑所述光谱不可见组分的所述第一量。

【技术特征摘要】
2017.12.04 US 15/830,0941.一种分析多组分物质样品的组成的方法，包括：使用光谱设备确定多组分物质样品的第一组成；基于所述第一组成，计算包含所述物质样品的各个组分的归一化摩尔量的相对组成矩阵；使用所述相对组成矩阵计算所述物质样品的第一次要特性的值；利用用于测量所述第一次要特性的值的传感器，测量所述物质样品的所述第一次要特性的值；以及确定所述第一次要特性的计算值与所述第一次要特性的测量值之间的第一差值是否超过第一阈值，其中，在确定所述第一差值超过所述第一阈值时：将所述第一差值归因于对所述光谱设备不可见的组分；使用所述第一差值计算所述光谱不可见组分的第一量；将所述光谱不可见组分的所述第一量添加到所述相对组成矩阵中；以及对所述相对组成矩阵中各个组分的所述归一化摩尔量进行调整，以考虑所述光谱不可见组分的所述第一量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光谱设备是拉曼光谱设备，并且光谱不可见定义为对拉曼光谱不可见。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光谱设备是近红外吸收光谱设备，并且光谱不可见定义为对近红外吸收光谱不可见。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光谱设备是红外吸收光谱设备，并且光谱不可见定义为对红外吸收光谱不可见。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物质是处于气相的。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物质是处于凝聚相的。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一次要特性是下列之一：导热性、导电性、粘度、pH、密度、浊度、和变色化学反应。8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：使用所述相对组成矩阵计算所述物质样品的第二次要特性的值，所述第二次要特性与所述第一次要特性不同；利用用于测量所述第二次要特性的值的传感器，测量所述物质样品的所述第二次要特性的值；以及确定所述第二次要特性的计算值与所述第二次要特性的测量值之间的第二差值是否超过第二阈值，其中，在确定所述第二差值超过所述第二阈值时：将所述第二差值归因于所述样品中存在的所述光谱不可见组分；使用所述第二差值计算所述光谱不可见组分的第二量；使用所述光谱不可见组分的所述第一量和所述光谱不可见组分的所述第二量的加权平均值计算所述光谱不可见组分的第三量；将所述相对组成矩阵中的所述光谱不可见组分的所述第一量替换为所述光谱不可见组分的所述第三量；以及对所述相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·B·斯莱特，詹姆士·M·特德斯科，弗朗西斯·艾斯蒙德怀特，
申请(专利权)人：凯塞光学系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US