烷基苯磺酸鹽定量分析

王 帥， 郭蘭磊， 祝仰文， 王紅艷， 潘斌林， 郭 勇

(1. 中國科學院蘭州化學物理研究所 西北特色植物資源化學重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；2. 中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

烷基苯磺酸鹽定量分析

王 帥1， 郭蘭磊2， 祝仰文2， 王紅艷2， 潘斌林2， 郭 勇1

(1. 中國科學院蘭州化學物理研究所 西北特色植物資源化學重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；2. 中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

結合同步監(jiān)控技術，優(yōu)化純化工藝，獲得總烷基苯磺酸鹽活性物組分以及單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽活性物組分，純度大于90%；分別以總磺酸鹽活性物和單磺酸鹽、雙磺酸鹽活性物為定量標準物質，對烷基苯磺酸鹽樣品中的活性物百分比進行高效液相色譜分析。結果表明，烷基苯磺酸鹽樣品中單磺酸鹽的量遠高于雙磺酸鹽；總磺酸鹽、單磺酸鹽和雙磺酸鹽活性物組分均在224 nm處有最大吸收，吸收系數(shù)強弱順序為單磺酸鹽≈總磺酸鹽>雙磺酸鹽；以總磺酸鹽和單磺酸鹽活性物組分為標準物質，最小檢測量為5 mg/L，以雙磺酸鹽活性物組分為標準物質，最小檢測量為10 mg/L；由于雙磺酸鹽活性物組分紫外吸收系數(shù)較弱，導致以總磺酸鹽活性物為標準物質測試的百分比結果較同時以單磺酸鹽、雙磺酸鹽活性物為標準物質時低3%左右。

烷基苯磺酸鹽； 活性組分； 高效液相色譜； 標準物質； 定量

化學驅在礦場試驗中取得了顯著的增油降水效果，已成為一種重要的提高采收率技術并獲得廣泛應用[1]。對于表面活性劑驅而言，主要利用其可降低油水界面張力的性能以達到提高原油采收率的目的[2-3]。表面活性劑在化學驅提高采收率中起著關鍵性的作用，研制高效、廉價、耐溫抗鹽表面活性劑，對于推動化學驅技術的發(fā)展有著十分重要的意義[4]?；撬猁}類表面活性劑是目前產(chǎn)量最大、最為普遍的一類陰離子表面活性劑，其中烷基苯磺酸鹽由于其成本較低且性能優(yōu)良，在實驗室研究和現(xiàn)場試驗中應用較多[5-8]。在對磺酸鹽類表面活性劑樣品進行質量評價及配方研究時，通常采取萃取法對其進行分離提純，獲得總磺酸鹽活性物組分[9-11]。目前，針對烷基苯類磺酸鹽樣品，尚未有關于單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽的分離純化研究工作；同時如何對樣品中磺酸鹽有效物的含量進行快速準確分析缺少相關系統(tǒng)研究報道。監(jiān)測復合驅采出液中烷基苯磺酸鹽的含量，是了解注劑流向、吸附滯留情況和滲透率的重要指標，因此烷基苯磺酸鹽的分析檢測十分重要。傳統(tǒng)的分析方法，包括萃取法、重量法、滴定法等[12-13],操作繁瑣,定量誤差較大，不適用于低濃度或常規(guī)分析；其他一些分析方法，如報道的色譜法[14-15]、光譜法[16]，分析檢測的烷基苯磺酸鹽結構相對比較單一，對于結構組成相對比較復雜的烷基苯磺酸鹽樣品，其適用性有待于進一步提高。此外，上述分析方法均未涉及同時對單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽的準確定量分析。

鑒于此，本研究首先對烷基苯磺酸鹽樣品進行分離純化，獲得總烷基苯磺酸鹽活性物組分[17]，再對該活性物進行系統(tǒng)純化處理，分別獲得單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽組分；最后，采用高效液相色譜法，分別以上述活性物組分為定量標準物質，對烷基苯磺酸鹽樣品中的有效物含量進行快速分析檢測。該技術完成一次分離純化工作，獲得磺酸鹽樣品對照物質后，對未知烷基苯磺酸鹽樣品進行分析檢測只需5 min，即可同時獲得總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽的含量結果。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：無水乙醇、異丙醇、正己烷、正丁醇、無水甲醇、磷酸二氫鈉，均為分析純，天津百世化工有限公司；蒸餾水，自制；烷基苯磺酸鹽，碳鏈分布在11～25，同時含有少量烷基茚滿磺酸鹽和烷基苊磺酸鹽。

儀器：電子天平(0.000 1 g)，賽多利斯科學儀器有限公司；Agilent 1100系列高效液相色譜儀，美國安捷倫公司；PE Lambda 35紫外掃描儀，美國珀金埃爾默公司。

1.2 實驗過程

采用液-液萃取法對烷基苯磺酸鹽樣品進行提純，獲得總烷基苯磺酸鹽活性物組分；再對該活性物組分進行進一步萃取分離，分別獲得單烷基苯和雙

烷基苯磺酸鹽組分。在純化工藝研究過程中，采用高效液相色譜法跟蹤監(jiān)控純化流程，確保最終烷基苯磺酸鹽組分的純度。

用無水乙醇配制相同濃度的總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽溶液，進行紫外光譜掃描分析。分別以總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質，進行高效液相色譜分析，并對烷基苯磺酸鹽樣品進行分析檢測。

2 結果與討論

2.1 紫外吸收光譜分析

總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽紫外吸收光譜見圖1。由圖1可以看出，分離純化獲得的總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽均在224 nm處有一最大吸收波長，因此檢測波長選擇224 nm。其中，總烷基苯磺酸鹽和單烷基苯磺酸鹽的紫外吸收系數(shù)類似，高于雙烷基苯磺酸鹽。

圖1 紫外吸收光譜Fig.1 Spectrogram of UV absorption

2.2 色譜分析

色譜柱：烷基苯磺酸鹽專用分析柱(5 μm，50 mm×4.6 mm，中國科學院蘭州化學物理研究所)；流動相：A相為甲醇/水(體積比為60∶40)，B相為甲醇/0.25 mol/L磷酸二氫鈉(體積比為60∶40)。梯度洗脫，梯度條件為:0～1 min，100%A；1～4 min，100%A～100%B；4～5 min，100%B；5.01 min，100%A。檢測波長224 nm；流速1.0 mL/min；進樣量20 μL。圖2為烷基苯磺酸鹽樣品液相色譜。

圖2 烷基苯磺酸鹽樣品液相色譜Fig.2 Chromatogram of alkylbenzene sulfonate sample

由圖2可見，烷基苯磺酸鹽樣品中的磺酸鹽在液相色譜圖中有2個色譜峰，保留時間分別在3.0 min和3.8 min對應單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽。

2.3 烷基苯磺酸鹽活性物組分分離純化

采用液-液萃取法對磺酸鹽類樣品進行分離提純，先獲得總烷基苯磺酸鹽組分，再從總烷基苯磺酸鹽組分中分別獲得單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽，分離純化流程見圖3、4。

圖3 總烷基苯磺酸鹽組分分離純化

Fig.3Purificationchartoftotalalkylbenzenesulfonate

圖4 單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽組分分離純化

Fig.4Purificationchartofmono-anddi-alkylbenzenesulfonate

為了檢驗采用上述萃取純化技術獲得的單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽的純度，對其分別進行高效液相色譜分析，結果見圖5。

圖5 單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽組分純度分析

Fig.5Purityanalysisofmono-anddi-alkylbenzenesulfonate

由圖5可以看出，分離純化獲得的單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽純度均較高，單烷基苯磺酸鹽中不含雙烷基苯磺酸鹽，同樣，雙烷基苯磺酸鹽中不含單烷基苯磺酸鹽，純度均高于90%。相同濃度條件下，單烷基苯磺酸鹽的色譜峰面積比雙烷基苯磺酸鹽的高，表明單烷基苯磺酸鹽的紫外吸收強度高于雙烷基苯磺酸鹽，與紫外吸收光譜分析相同。

2.4 定量分析

分別以總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽為標準對照物質，進行定量分析，結果如表1所示。

表1 定量分析結果Table 1 The analytical results of quantitation

按照表1定量分析結果，對烷基苯磺酸鹽實際樣品進行分析檢測，獲得各個組分的百分比如表2所示。

表2 樣品測試結果Table 2 The determination results of samples

由表2可知，樣品中單烷基苯磺酸鹽的百分比要遠高于雙烷基苯磺酸鹽的百分比。如果僅以總烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質，獲得的磺酸鹽活性物百分比(47%左右)比同時以單烷基苯磺酸鹽和雙烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質計算之和(50%左右)低3%左右，主要原因在于相同條件下雙烷基苯磺酸鹽的紫外吸收系數(shù)相對較弱。因此，如果樣品中雙烷基苯磺酸鹽的百分比較低時，可以以總烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質進行分析，而如果雙烷基苯磺酸鹽的百分比較高，則會導致測試結果的較大偏差。

3 結論

(1) 分離純化獲得了總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽組分，純度高于90%。

(2) 該技術可同時獲得總烷基苯、單烷基苯和雙烷基苯磺酸鹽的百分比結果；相對于采用萃取法分析烷基苯磺酸鹽樣品中磺酸鹽的百分比，該法效率更優(yōu)，5 min即可完成一次分析。

(3) 樣品中烷基苯磺酸鹽組分以單烷基苯磺酸鹽為主，雙烷基苯磺酸鹽占單烷基苯磺酸鹽的百分比不足15%；由于紫外吸收系數(shù)不同，導致以總烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質，獲得的磺酸鹽活性物百分比較同時以單烷基苯磺酸鹽和雙烷基苯磺酸鹽組分為定量標準物質計算之和低3%左右。

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Quantitative Analysis of Alkylbenzene Sulfonate

Wang Shuai1, Guo Lanlei2, Zhu Yangwen2, Wang Hongyan2, Pan Binlin2, Guo Yong1

(1.KeyLaboratoryofChemistryofNorthwestPlantResource,LanzhouInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,LanzhouGansu730000,China;
2.SINOPECResearchInstituteofExploration&Development,ShengliOilfield,DongyingShandong257015,China)

Combined with synchronized monitoring techniques, purification processes for active constituent of alkylbenzene sulfonate have been optimized, and the total alkylbenzene sulfonate, mono-alkylbenzene sulfonate and di-alkylbenzene sulfonate can be obtained with purity over 90%. With the above active constituents as standard substances respectively, the determination of alkylbenzene sulfonate content in the original samples was carried out by high performance liquid chromatograph. The results showed the sample contained mono- and di-alkylbenzene sulfonate simultaneously, and the content of mono-alkylbenzene sulfonate was much higher than that of di-alkylbenzene sulfonate. They had maximum absorption at the wavelength of 224 nm, and the absorption coefficients of total alkylbenzene sulfonate and mono-alkylbenzene sulfonate were similar, higher than that of di-alkylbenzene sulfonate. With total, mono- and di-alkylbenzene sulfonate as standard substances respectively, the limits of quantitation were 5 mg/L, 5 mg/L and 10 mg/L, respectively. The determination result of active constituent was about 3% lower with total alkylbenzene sulfonate as standard substance than that with mono- and di-alkylbenzene sulfonate as standard substances simultaneously, owing to the weaker absorption coefficient of di-alkylbenzene sulfonate.

Alkylbenzene sulfonate;Active constituent; High performance liquid chromatography; Standard substance; Quantitation

2017-01-22

2017-05-24

國家科技重大專項“勝利油田特高含水期提高采收率技術(二期)” (2016ZX05011-003-006)。

王帥(1979-)，男，博士，研究員，從事油田化學分離、分析研究；E-mail：shuaiw@licp.cas.cn。

1006-396X(2017)06-0001-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2017.06.001

(編輯 閆玉玲)