Χημειομετρική πρόβλεψη περιεκτικότητας αρωματικών συστατικών σε μεσαία πετρελαϊκά κλάσματα από δεδομένα υπέρυθρης φασματοσκοπίας

Abstract

Η μέτρηση επιμέρους ιδιοτήτων σε πετρέλαια και πετρελαϊκά κλάσματα είναι συχνά χρονοβόρα και υψηλού κόστους διαδικασία. Για το λόγο αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί έμμεσοι τρόποι υπολογισμού τους, οι οποίοι στηρίζονται στη χρήση μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης με βάση δεδομένα χημικής σύστασης που προέρχονται από φασματοσκοπικές αναλύσεις. Οι αναλύσεις αυτές απαιτούν μικρό χρόνο, έχουν περιορισμένο κόστος ενώ υπάρχει και η δυνατότητα της on-line εφαρμογής τους. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν μοντέλα πρόβλεψης της συγκέντρωσης των αρωματικών συστατικών σε κλάσματα πετρελαίου, με βάση τα φάσματα τους στο μέσο υπέρυθρο (mid-IR). Χρησιμοποιήθηκαν 130 πετρελαϊκά δείγματα, που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα περιοχών σημείων βρασμού, από ελαφρές νάφθες έως και βαριά λιπαντικά κλάσματα. Η περιεκτικότητα των αρωματικών συστατικών σε αυτά προσδιορίστηκε εργαστηριακά, χρησιμοποιώντας χρωματογραφικές τεχνικές, όπως υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης (HPLC), χρωματογραφία ανοικτής στήλης κ.ά. Η συγκέντρωση των αρωματικών επιλέχθηκε ως η ιδιότητα-στόχος πρόβλεψης των μοντέλων, λόγω της επίδρασης της στη διαμόρφωση των ιδιοτήτων των πετρελαϊκών προϊόντων, όσο και για την περιβαλλοντική σημασίας της. Στην ανάπτυξη των μοντέλων πρόβλεψης χρησιμοποιήθηκαν οι χημειομετρικές τεχνικές της παλινδρόμησης κυρίων συνιστωσών (Principal Components Regression, PCR) και των μερικών ελαχίστων τετραγώνων (Partial Least Squares, PLS). Η εκπαίδευση και ο έλεγχος των μοντέλων υλοποιήθηκε σε περιβάλλον Matlab, με προσαρμογή ήδη υφιστάμενου στο εργαστήριο κώδικα. Συγκεκριμένα αναπτύχθηκαν μοντέλα για επιμέρους ομάδες πετρελαϊκών κλασμάτων, αλλά και για ομάδες δειγμάτων στις οποίες η περιεκτικότητα των αρωματικών είχε προσδιοριστεί με την ίδια αναλυτική μέθοδο. Η ακρίβεια τις πρόβλεψης της συγκέντρωσης των αρωματικών, υπολογισμένη με βάση τα δείγματα ελέγχου, στα περισσότερα από τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν ήταν συγκρίσιμη εκείνης των πρότυπων εργαστηριακών μεθόδων.