紅外光譜方法在原油及油品分析中的應(yīng)用

【摘? ?要】本文對紅外光譜分析技術(shù)的基本原理與設(shè)備進(jìn)行了簡要概述，并對紅外光譜技術(shù)在原油及油品分析中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，期望能夠提升原油及油品質(zhì)量分析的水平。

【關(guān)鍵詞】紅外光譜方法;油品分析;原油分析

引言

作為一種經(jīng)典的分析方法，紅外光譜方法集光譜測量、化學(xué)測量以及基礎(chǔ)測量三種技術(shù)融為一體，能夠快速準(zhǔn)確地對樣品的化學(xué)成分進(jìn)行定性與定量分析。不同于常規(guī)分析方法，紅外光譜技術(shù)通過化學(xué)計量建立校正模型，從而實現(xiàn)對未知的樣品進(jìn)行分析，能夠在更短時間內(nèi)測定樣品中各物質(zhì)的成分及含量。也正是得益于此，紅外光譜技術(shù)近幾年在諸多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，尤其是石油化工的測定中，有效地克服了檢測時間長、成本高、環(huán)保效果差等缺點，實現(xiàn)良好的應(yīng)用價值效益。

1.紅外光譜方法概述

1.1紅外光譜分析方法原理

紅外光譜介于可見光與微波之間，對石化產(chǎn)品有機物的結(jié)構(gòu)非常敏感，而石油中每個分子具有其獨有的結(jié)構(gòu)，用于吸收特定的紅外吸收光譜。當(dāng)樣本被紅外光照射后，樣品中的分子吸收輻射能量，分子的振動與轉(zhuǎn)動能級的躍遷產(chǎn)生光譜，又被稱之為振轉(zhuǎn)光譜。根據(jù)紅外波段的波長范圍，具體分為三個譜區(qū)：近紅外光譜（0.78～3um）、中紅外光譜（3～25um）、遠(yuǎn)紅外光譜（25～500um）。相比近紅外光譜，中紅外光譜譜帶靈敏度較高，更適用于對油品中的化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷，從而達(dá)到對不同種類的油品進(jìn)行快速分析的目的。

1.2紅外光譜的優(yōu)勢

（1）分析速度快。在對某些不穩(wěn)定物質(zhì)進(jìn)行紅外光譜分析時，光譜采集測量的過程不到一分鐘（在多通道儀器的作用下可以縮短至幾秒鐘），樣品中的多項性能指標(biāo)即可測定完成。

（2）分辨率高。光譜的分辨率越高，樣品的組成就越容易被區(qū)分，信息量就越多。在油品分析中紅外光譜的分辨率一般為0.1cm-1—0.005cm-1。

（3）信息量大。紅外光譜分析范圍幾乎覆蓋所有的有機化合物與混合物，提供的信息量較大。能夠根據(jù)樣品的光譜圖來得到有關(guān)特征信息，確定油品組成成分。

（4）環(huán)保無污染。在進(jìn)行分析前，樣品視顆粒度的不同僅需進(jìn)行簡單的預(yù)處理（如磨碎、混合、干燥等），甚至無需任何化學(xué)干預(yù)。整個分析過程中不會產(chǎn)生其他材料的消耗，樣品自身也不會因為產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而被破壞;整個分析過程具有重現(xiàn)性且成本低，無需任何化學(xué)試劑，更不會對環(huán)境造成污染。

（5）便于在線分析。由于光纖具有較好的傳輸性能，與紅外光相適配，利用多路光纖可以實現(xiàn)對多個測量點的實時監(jiān)測分析，無論外界環(huán)境惡劣與否，都能夠直接顯示樣品的組成與性質(zhì)。

1.3紅外光譜儀的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外光譜儀與化學(xué)計量方法結(jié)合形成新的測量技術(shù)。紅外光譜儀通常由光源、單色器、探測器與計算機處理信息系統(tǒng)組成，用以對分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成進(jìn)行定性分析。而紅外光譜儀又具體分為色散型與干涉型兩種，當(dāng)下廣泛使用的是干涉型的傅里葉變換紅外光譜儀，此類儀器優(yōu)勢為：一是多通道測量，信噪比提高;二是光通量高，提高靈敏度;三是波數(shù)值精確度可達(dá)0.01cm-1;四是分析能力提升;五是分析具有穩(wěn)定與可重復(fù)性。進(jìn)入九十年代后，紅外光譜儀與光纖結(jié)合后在油品分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步推動紅外光譜分析技術(shù)的發(fā)展。

2.紅外光譜技術(shù)在原油及油品分析中的應(yīng)用

2.1測定油品理化指標(biāo)

紅外光譜分析儀不但可以對已有的模型樣品參數(shù)和性能指標(biāo)進(jìn)行測定，而且還能根據(jù)樣本的組分以及相關(guān)參數(shù)測定未知樣品的主要性質(zhì)和性能，并快速判斷樣品中的種類和各類指標(biāo)。在分析未知樣品的情況下，紅外光譜分析技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)的油品滴定測量法具有局限性，僅通過查看使用添加劑后油品中剩余的氧化劑含量來判定油品質(zhì)量，受外界干擾因素與內(nèi)部反應(yīng)影響較大，難以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。而紅外光譜分析儀排除多余干擾因素，測量得出參與反應(yīng)的氧化劑含量符合實際情況。

2.2定性分析與定量分析

汽油中包含許多復(fù)雜的基團(tuán)因子與氧化物如芳烴、烯烴及飽和烯烴等。當(dāng)下運用紅外光譜技術(shù)對原油及油品進(jìn)行分析的方法主要分為兩種：一種是定性分析，通過將檢測樣本與位置樣品的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、分析、處理，檢測出對應(yīng)的氧化物。汽油中添加MTBE與低碳醇能夠提高辛烷值，但這兩種物質(zhì)具有腐蝕性，所以必須準(zhǔn)確測量二者在汽油中的含量。而通常情況下，光譜圖的設(shè)計步驟較為復(fù)雜，在借助傅立葉紅外光譜儀的情況下可以快速且準(zhǔn)確地測出汽油中MTBE、低碳醇的含量。另一種是定量分析，主要運用于對異構(gòu)體的分析之中，在汽油中取部分物質(zhì)的吸收區(qū)域范圍，借助多元線性回歸、主成分回歸與最小二乘法這三種常用的方法去建立汽油校正模型，同樣能達(dá)到快速測定汽油中氧化物含量的目的。

2.3監(jiān)控發(fā)動機油質(zhì)量

紅外光譜分析技術(shù)在鑒定監(jiān)測發(fā)動機油品上也有較大作用。一是能夠分析發(fā)動機油品質(zhì)量情況，一旦發(fā)動機油混入污染物或油量減少，紅外光譜圖都能做出對應(yīng)解析，便于及時更換，延長油品使用時間;二是能夠分析發(fā)動機油氧化、硝化情況，通過發(fā)動機用油的紅外光譜數(shù)據(jù)選取氧化和硝化峰，以此來監(jiān)測發(fā)動機油的氧化情況;三是能夠分析發(fā)動機油添加降解情況，結(jié)合具體光譜圖進(jìn)行分析，判斷是否有存在添加降解劑的情況。近年來隨著油品向高檔次的發(fā)展與變化，紅外光譜分析儀在監(jiān)測發(fā)動機油品方面的技術(shù)也在不斷提升，利用紅外光譜分析技術(shù)用于監(jiān)測潤滑油的品質(zhì)變化已被列為標(biāo)準(zhǔn)方法（ASTME2412-04）。

3.結(jié)語

綜上所述，紅外光譜分析技術(shù)以計算機技術(shù)為依托，近幾年在原油及油品的質(zhì)量分析中得到廣泛應(yīng)用，擺脫了傳統(tǒng)分析方法的局限性，實現(xiàn)各項物性參數(shù)與化學(xué)組成的測定要求，分析方法簡便，準(zhǔn)確度高。相信在不久以后的將來，石油化工產(chǎn)品的分析水平將會隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]李敬巖， 褚小立， 田松柏. 紅外光譜方法在原油及油品分析中的應(yīng)用[C]// 科學(xué)儀器服務(wù)民生學(xué)術(shù)大會論文集. 中國儀器儀表學(xué)會， 2011.

[2]吳雙. 紅外光譜分析技術(shù)在油品分析中的應(yīng)用探索[J]. 化工管理， 2017（26）.

作者簡介：宋宏偉（1986.3-），女，漢族，遼寧凌源，本科，助理工程師。

中國石油廣西石化分公司? ? 廣西欽州? ? 535000