Badanie jakości benzyny z użyciem spektroskopu Ramana i sieci neuronowych

Czysta benzyna może być odróżniona od benzyny z dodatkiem eteru metylo-tert-butylowego lub benzenu. Za pomocą obliczeń z użyciem sieci neuronowych można przewidzieć zawartość MTBE w benzynie na podstawie widma ramanowskiego jej próbki.

MTBE jest popularnym dodatkiem do benzyny podnoszącym w niej liczbę oktanową, niestety związek ten jest podejrzewany o rakotwórczość i toksyczność, jest też trudno degradowalny. W związku z tym w USA, Japonii, Unii Europejskiej i Rosji ograniczono normę jego zawartości w benzynie do 7%. Podobnie możliwa zawartość benzenu, którym również można podwyższać liczbę oktanową, jest ograniczona do 2,5% (związek ten ma udowodnioną toksyczność i rakotwórczość).

Analiza spektralna jest szybką, tanią i nieniszczącą metodą badań, idealną do analiz benzyny. Spośród dostępnych technik spektroskopia w podczerwieni (FTIR) i spektroskopia Ramana pozwala na otrzymanie informacji o wibracjach cząsteczek i na tej podstawie określenie składu węglowodorowego. Obie te techniki mają inny mechanizm działania, dla symetrycznych grup takich jak –C≡C–, –C=C– piki na widmie Ramana są silniejsze niż w FTIR. Obecnie spektroskopia Ramana jest wykorzystywana do analizy wielu składników w benzynie świadczących o jej jakości. Pomimo dużego postępu w technice Ramana nadal większość analiz wykonuje się na dużych, stacjonarnych i drogich aparatach.

Za pomocą analizy głównych składowych (ang. Principal Component Analysis, PCA), jednej ze statystycznych metod analizy czynnikowej, w powiązaniu z sieciami neuronowymi radialnych funkcji bazowych (RBFNN) udało się uzyskać z widm Ramana informację o zawartości benzenu i MTBE. Do pomiaru wystarczył przenośny spektroskop Ramana, a próbka benzyny nie wymagała przygotowania.

(pj)