[科普中国]-在线分析

在线分析是指采用自动采样系统，将试样自动输入分析仪器中进行连续或间歇连续分析的分析技术。在线分析、内线分析和外感分析这3种分析方式统称为在线分析。与经典的化学分析或实验室一般的仪器分析相比，在线分析具有分析速度快、效率高(每小时可分析几十甚至上百个样品)、操作简单、自动化程度高、节省人力以及试剂用量等特点，可实现连续监测和数据处理计算机化，消除了人为产生的误差。1

基本分类在线分析基本可分为以下4种：

①间歇式在线分析。在工艺主流程中引出一个支线，通过自动取样系统，定时将部分样品送入测量系统，直接进行检测。所用仪器有过程气相色谱仪、过程液相色谱仪、流动注射分析仪等。

②连续式在线分析。让样品经过取样专用支线连续通过测量系统连续进行检测。所用仪器大部分是光学式分析仪器，如傅里叶变换红外光谱仪、光电二极管阵列紫外可见分光光度计等。

③直接在线分析。将化学传感器直接安装在主流程中实时进行检测。所用仪器有光导纤维化学传感器、传感器阵列、超微型光度计等。

④非接触在线分析。探测器不与样品接触，而是靠敏感元件把被测介质的物理性质与化学性质转换为电信号进行检测。非接触在线分析是一种理想的分析形式，特别适用于远距离连续监测。用于非接触在线分析的仪器有红外发射光谱、X射线光谱分析、超声波分析等。2

在线分析设备分析仪器组成对于大型在线分析仪器来说，一般包括6个部分。组成框图如图所示。

(1)自动取样装置：取样装置自动快速地把被分析试样取到仪表主机处。

(2)试样预处理系统：其任务是对气体和液体试样进行过滤、稳压、冷却、干燥、定容、稀释、分离等操作，对固体试样进行切割、研磨、粉碎、缩分、加工成形等操作。

(3)检测器：分析仪器的检测器是根据某种物理或化学等原理把被测的成分信息转换成电信息。

(4)信息处理系统：其任务是对检测器给出的微弱电信息进行放大、对数转换、模数转换、数学运算、线性补偿等信息处理工作。

(5)显示器：用模拟表头、各种数字显示器或屏幕显示器显示出被测成分量的数值。

(6)整机自动控制系统：自动控制各个部分自动而协调地工作，每次测量时自动调零、校准；有故障时显示报警或自动处理故障。3

分析仪器分类在线分析仪器一般可按测量原理分为8类：

(1)电化学式：采用电位、电导、电流分析法的各种电化学分析仪器．如电导式、电解式、酸度计、离子浓度计、氧化锆氧分析器、电化学式有毒性气体检测器等。

(2)热学式：利用气体的热学性质进行气体成分分析的热导式气体分析仪、热磁式氧分析仪。

(3)磁学式：目前主要用于氧含量分析。它利用氧的高顺磁特性制成，如磁力机械式、磁压力式氧分析器等。

(4)光学、电子光学及离子光学式：采用吸收光谱法原理的红外线气体分析器、近红外光谱仪、紫外～可见分光光度计、激光气体分析仪等；采用发射光谱法的化学发光法、紫外荧光法分析仪器；利用透射和散射光度法原理的烟尘浓度计、烟尘不透明计等。

(5)射线式或辐射式：如X射线分析仪、丫射线分析仪、同位素分析仪、微波分析仪等。

(6)色谱仪与质谱仪：利用物质性质进行组分分离并检测的定性、定量分析方法，如气相色谱仪、液相色谱仪、四极杆质谱计、飞行时间质谱仪等。

(7)物性测量仪表：定量检测物质物理性质的一类仪器。按其检测对象来分类和命名，如水分计、黏度计、密度计、湿度计、尘量计、浊度计以及石油产品物性分析仪器等。

(8)其他，如半导体气敏传感器等。 3

分析仪器特点在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，它应具有3个特点：

第一，从生产工艺流程取样，样品状态复杂必须作预处理，才能送入分析仪器进行分析。因此，在线分析仪器必须具有自动取样和试样预处理系统。
第二，分析数据处理自动进行，并显示或输出给调节器或计算机。从取样操作到数据处理全部自动进行，在线分析仪器必须是完全自动化的。

第三，在线分析仪器的精度可以低些，但是长时间运行，其稳定性必须好。3

主要优势离线分析在时间上有滞后性，得到的是历史性分析数据，而在线分析得到的是实时的分析数据，能真实地反映生产过程的变化，通过反馈线路，可立即用于生产过程的控制和最优化。离线分析通常只是用于产品（包括中间产品）质量的检验，而在线分析可以进行全程质量控制，保证整个生产过程最优化。在线分析是今后生产过程控制分析的发展方向。2

在线分析的应用在石油炼化厂中，工业色谱仪常用于蒸馏、催化裂化、加氢、润滑油装置以及油品储运调合系统中，其检测的项目主要有馏程、密度、酸值、黏度、闪点、蒸气压、辛烷值、凝点、含硫量和水分等。近期又发展了在线高速液体色谱仪，快速气相色谱仪，在线程序升温色谱仪及气动气体色谱仪。例如，用高速液体色谱对汽油、喷气燃料、单环或双环芳香烃、石油饱和烃组分进行分析，分析时间约lOmim还可用于柴油、润滑油组分的分析。在线程序升温色谱仪适用于多组分分析，主要用于炼厂汽、柴、煤等油品分析，代替蒸馏、闪点等物理参数的测定。

其他在线质量分析仪器有馏程、密度、黏度等分析仪。自动馏程分析仪可以连续测量5%～97%之间预定的任何一点的馏出温度，其温度范围为66～316℃；还有减压馏程分析仪，可用于沸点范围更高的重油和润滑油的测定；密度仪则主要用于原油蒸馏装置的进料分析，用来确定蒸馏塔的操作参数和修定原油的密度指数范围；在润滑油和燃料油的加工过程中，采用了黏度计；在调合系统中，采用了气液比测定仪、蒸馏分析仪、辛烷值测定仪、闪点及浊点测定仪等。

20世纪80年代，自动分析仪的主要发展方向是带微处理机的分析系统。例如，微处理机一色谱系统可以完成数字积分器的功能，包括峰的检测、面积积分、保留时间的计算、基线漂移的校正、组分含量的计算等。并对产品质量进行闭环控制，把测定结果作为自动控制的信号，直接发出指令进行操作，使生产控制在最佳数值上。

微处理机还可与其他在线质量分析仪联用。利用微处理机的控制运算，存储机能进行自动调零，根据标准样品调整范围以达到测量的线性化，从而使分析仪器达到更高的准确度和灵敏度。带微处理机的分析仪的特点是能长期连续自动进行，可靠性高，方法简易，自动进行校准和标准化，带自动状态检测和故障分析程序，能自动校正环境温度、压力变动所引起的分析误差等；并可以实行闭环控制，可使生产操作有显著的改进，不但提高了产品质量，还节省了大量的分析人员。2

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学