一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法技术

本发明专利技术公开一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，包括以下步骤：采集已知硝酸或硫酸组分含量的硝硫混酸试样的激光拉曼光谱，并对采集得到的激光拉曼光谱进行预处理；设置用于组分含量检测的特征波数集，根据硝硫混酸试样的特征波数集所对应的拉曼光谱强度与已知的硝酸含量或硫酸含量的关系，采用偏最小二乘回归法和多元线性回归法构建预测模型；获取组分含量未知的待测硝硫酸试样的拉曼光谱并进行预处理，提取特征波数集所对应的拉曼光谱强度，代入预测模型，计算待测硝硫混酸试样中硝酸组分或硫酸组分的含量。本发明专利技术方法可快速完成硝酸、硫酸组分含量定值，减小了测试过程中的危险性。了测试过程中的危险性。了测试过程中的危险性。

【技术实现步骤摘要】
一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法


[0001]本专利技术属于分析
，具体涉及一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法。

技术介绍

[0002]硝酸酯作为优良的增塑剂，由于其氧平衡较佳、燃烧及爆炸性能良好，被广泛应用于双基推进剂和复合推进剂领域。它既是硝化纤维素的良好增塑剂，又是推进剂中不可缺少的重要组分。特别是在能量水平最高的高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂中，丁三醇三硝酸酯(BTTN)和硝化甘油(NG)以混合硝酸酯的形式，作为重要的增塑剂被使用。目前对于包含NG、BTTN的硝酸酯类产品，合成路线多采用醇直接硝化的方法，即以醇类和硝酸为反应物，硫酸同时作为催化剂和脱水剂，反应生成相应产物。反应体系中硝酸和硫酸混合酸，通常称为硝硫混酸，其配比是工艺过程中的重要参数，理想比例为硫酸∶硝酸＝3∶2(摩尔比)。如硫酸含量过低，则反应催化和脱水效果不够；硫酸含量过高，则不利于后续残余混酸后处理。目前针对硝硫混酸的检测方法，最准确有效的仲裁法为化学滴定法，检测方法精密度、准确度较高，但操作步骤较为繁琐，对于工艺现场大量采样测定来说，效率较低。因此，亟需一种能够实现硝硫混酸组分含量快速测定的方法。
[0003]激光拉曼光谱是通过对试样受激光照射后产生的散射，而后收集散射的拉曼光，并通过光谱仪进行分光、探测、分析。由于拉曼光谱是由分子产生的振动光谱，谱线的长度、位移以及数目的多少，与分子振动能级直接相关，不同化学结构物质的拉曼光谱具有唯一性和特征性。激光拉曼光谱技术中由于利用了具有较高稳定性和单向性的激光光源，避免了普通光源光散射强度低、易受干扰的弊端。同时由于拉曼光谱对待测试样的特性要求不高，可以在无损的情况下快速获取试样的“指纹峰”，可以对所得光谱谱峰和散射强度等特征进行分析，获得试样的定性和定量分析结果，广泛应用于鉴别物质种类和分析物质组成中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术提供了一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，以解决现有技术中硝硫混酸组分含量测定繁琐的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、采集已知硝酸或硫酸组分含量的硝硫混酸试样的激光拉曼光谱，并对采集得到的激光拉曼光谱进行预处理；
[0008]步骤2、设置特征波数集，根据硝硫混酸试样的特征波数集所对应的拉曼光谱强度与已知的硝酸含量或硫酸含量的关系，采用偏最小二乘回归法和多元线性回归法构建预测模型；
[0009]步骤3、获取组分含量未知的待测硝硫酸试样的拉曼光谱并进行预处理，提取特征
波数集所对应的拉曼光谱强度，代入步骤2得到的预测模型，计算待测硝硫混酸试样中硝酸组分或硫酸组分的含量。
[0010]本专利技术还具有以下技术特征：
[0011]具体的，步骤1所述的激光拉曼光谱的采集条件包括：拉曼光谱波数范围200～2000cm
‑
1，激光光源波长为785nm，数据采集时间为5～10s。
[0012]更进一步的，步骤1所述的预处理包括谱峰信号增强、光谱Y轴置零、平滑去噪和荧光背景去除。
[0013]更进一步的，特征波数集中的特征波数不少于6个。
[0014]更进一步的，硫酸含量检测的特征波数集包括1372cm
‑1、1268cm
‑1、1131em
‑1、868cm
‑1、576cm
‑1、518cm
‑1[0015]更进一步的，硝酸含量检测的特征波数集包括1644cm
‑1、1521em
‑1、1131cm
‑1、989cm
‑1、868cm
‑1、372cm
‑1。
[0016]更进一步的，步骤2所述的硝硫混酸组分含量预测模型如下：
[0017]Y＝Ir
a
man
×
coeff+K
[0018]其中，Y为硫酸或硝酸含量，I
raman
为特征波数集对应的拉曼光谱强度集，coeff为系数矩阵，K为残差。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020](1)与常用的化学滴定法相比，本专利技术方法可以快速完成硝酸、硫酸组分含量定值，大大降低了分析测试过程中试样用量，从而减小了测试过程中的危险性。同时与近红外光谱、荧光光谱等方法相比较，拉曼光谱对于硝酸和硫酸这两种组分的响应更为敏锐，谱峰特征性强。
[0021](2)本方法灵敏度高、定值准确性好、操作简便快速。拟合相关度高，相对误差小。
附图说明
[0022]图1实施例1采集到的多组硝硫混酸试样的拉曼光谱图；
[0023]图2为实施例1的硝硫混酸硫酸含量预测值与真值的交叉检验拟合曲线；
[0024]图3为实施例1的硝硫混酸硝酸含量预测值与真值的交叉检验拟合曲线。
具体实施方式
[0025]本专利技术的目的是一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，包括以下步骤：
[0026]一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，该方法包括以下步骤：
[0027]步骤1、采集已知硝酸或硫酸组分含量的硝硫混酸试样的激光拉曼光谱，并对采集得到的激光拉曼光谱进行预处理；
[0028]激光拉曼光谱的采集条件包括：拉曼光谱波数范围200～2000cm
‑1，激光光源波长为785nm，数据采集时间为5～10s。
[0029]由于拉曼光谱在采集过程中，不可避免会出现如荧光背景、基线漂移等情况，使得采集到的谱图存在一定误差，因此需要对采集到的拉曼光谱进行预处理，具体包括：
[0030]1.1、采用矢量归一法将同一试样在同一实验参数下采集到的2～3个不同拉曼光
谱进行平均，获得平均拉曼光谱强度；
[0031]1.2、采用一阶导数法对拉曼光谱信号值求解一阶导数，从而对拉曼光谱中强度较弱的谱峰信号进行增强；
[0032]1.3、采用线性补偿差减法平移拉曼光谱将Y轴置零；
[0033]1.4、通过Savitzky
‑
Golay法进行平滑去噪，结合结合自适应迭代重加权惩罚最小二乘背景扣除算法，对平滑后的光谱进行荧光背景去除。
[0034]步骤2、设置特征波数集，根据硝硫混酸试样的特征波数集所对应的拉曼光谱强度与已知的硝酸含量或硫酸含量的关系，采用偏最小二乘回归法和多元线性回归法构建预测模型；
[0035]优选的，特征波数集中的特征波数不少于6个。
[0036]用于硝酸含量检测的特征波数集包括1644cm
‑1、1521cm
‑1、1131cm
‑1、989cm
‑1、868cm
‑1、372cm
‑1。
[0037]用于硫酸含量检测的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集已知硝酸或硫酸组分含量的硝硫混酸试样的激光拉曼光谱，并对采集得到的激光拉曼光谱进行预处理；步骤2、设置用于组分含量检测的特征波数集，根据硝硫混酸试样的特征波数集所对应的拉曼光谱强度与已知的硝酸含量或硫酸含量的关系，采用偏最小二乘回归法和多元线性回归法构建预测模型；步骤3、获取组分含量未知的待测硝硫酸试样的拉曼光谱并进行预处理，提取特征波数集所对应的拉曼光谱强度，代入步骤2得到的预测模型，计算待测硝硫混酸试样中硝酸组分或硫酸组分的含量。2.如权利要求1所述的步骤1所述的通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，其特征在于，激光拉曼光谱的采集条件包括：拉曼光谱波数范围200～2000cm
‑1，激光光源波长为785nm，数据采集时间为5～10s。3.如权利要求1所述的步骤1所述的通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，其特征在于，步骤1所述的预处理包括谱峰信号增强、光谱Y轴置零、平滑去噪和荧光背景去除。4.如权利要求1所述的步骤1所述的通过拉曼光谱快速测定硝硫混酸组分含量的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可，任春燕，潘清，陈智群，柳恒，常海，张皋，王民昌，栾洁玉，张丽涵，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：