Hard- и Soft-PLS-DA методы в идентификации нефтепродуктов на основе данных газовой хроматографии

Abstract

Таможенная экспертиза для идентификации общей или различной групповой принадлежности нефтепродуктов в целях Товарной номенклатуры внешнеэкономической деятельности Евразийского экономического союза (ТН ВЭД ЕАЭС) является важной задачей и использование хемометрического подхода при изучении химического состава дает дополнительные возможности интерпретации получаемых хроматографических данных. В основу предложенного варианта идентификации входят предварительное разделение основных компонентов методом газожидкостной хроматографии и обработка полученных данных с помощью хемометрического метода анализа – дискриминантного анализа с помощью регрессии на латентные структуры (PLS-DA). В статье показана целесообразность и эффективность использования хемометрических методов в решении задач идентификации на уровне установления общей групповой принадлежности нефтепродуктов. Метод PLS-DA является наглядным при визуальной оценке и группировке объектов, имеющих близкие показатели компонентного состава. Рассмотрено применение метода Soft-PLS-DA при проведении сравнительного исследования 31 аналита (пробы нефтепродуктов: автомобильные бензины разных марок, дистилляты газового конденсата, фракции ароматических углеводородов) по данным газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором (ГХ-ПИД). Полученная модель позволяет идентифицировать образцы нефтепродуктов при наличии соответствующих данных по выборкам (коллекциям). Проведена проверка полученной модели путем включения в набор двух дополнительных образцов (выбросов), отличающихся по своему составу (характеристикам) от других объектов, которая показала достоверность и устойчивость модели. Результаты проведенного анализа свидетельствуют о перспективности применения хемометрического подхода для первичной идентификации и группировки проб нефтепродуктов по результатам ГХ-ПИД с применением метода Soft-PLS-DA в экспертных приложениях.

Customs examination for the identification of general or various group affiliation of petroleum products for the purposes of the Commodity Nomenclature of Foreign Economic Activity of the Eurasian Economic Union (THE CUSTOMS CODE OF THE EAEU) is an important task, and the use of a chemometric approach in the study of chemical composition provides additional opportunities for interpretation of the chromatographic data obtained. Proposed identification technique is based on preliminary separation of main components by gas-liquid chromatography and processing the obtained data using a chemometric analysis method – discriminant analysis using regression on latent structures (PLS-DA). The article demonstrates the appropriateness and effectiveness of applying chemometric methods for solving identification problems at the level of establishing the general group affiliation of petroleum products. The PLS-DA method is clear for visual assessment and grouping of objects with similar component composition indicators. Application of the Soft-PLS-DA method in performeing a comparative study of 31 analytes (petroleum product samples: automotive gasoline of different brands, gas condensate distillates, aromatic hydrocarbon fractions) using gas chromatography with a flame-ionization detector (GC-FID) is considered. The obtained model allows identifying samples of petroleum products if the data on the corresponding sets of samples (collections) are available. The obtained model was tested by including two additional samples (outliers) in the set, which differ in composition (characteristics) from other objects, and the reliability and stability of the model was demonstrated. The results of the analysis confirmed the prospects for using chemometric approach for primary identification and grouping of petroleum product samples on the basis of GC-FID results using the Soft-PLS-DA method in expert applications.