石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)分析

楊豪杰 陳爾余 金頂峰

1.武警士官學(xué)校 浙江 杭州 310000

2.中國計(jì)量大學(xué) 浙江 杭州 310018

隨著技術(shù)的進(jìn)步以及環(huán)保要求的提升，各行業(yè)對石油產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高需求，國家也在逐步推出新的標(biāo)準(zhǔn)[1]，因此石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測設(shè)備與技術(shù)也在不斷地發(fā)展。本文全面分析了汽油、柴油及潤滑油等石油產(chǎn)品常用指標(biāo)的檢測分析方法，介紹了光譜、色譜及質(zhì)譜等現(xiàn)代分析技術(shù)在石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測分析中的應(yīng)用，為石油產(chǎn)品檢測分析技術(shù)的發(fā)展提供參考和借鑒。

1 汽油質(zhì)量分析技術(shù)

我國的汽油組成以催化裂化汽油為主，烯烴含量一般在40%～50%之間。烯烴具有高辛烷值敏感性且很不穩(wěn)定，容易氧化產(chǎn)生膠質(zhì)。對于發(fā)動機(jī)而言，使用這類汽油就容易形成積炭，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)積炭堵塞。汽油的主要檢測指標(biāo)：抗爆性、揮發(fā)性、安定性及非常規(guī)添加劑等。

1.1 抗爆性

汽油抵抗爆震的性質(zhì)稱為抗爆震性能，用辛烷值來表示。辛烷值是指標(biāo)準(zhǔn)燃料中異辛烷的體積分?jǐn)?shù)。目前我國車用汽油辛烷值的測定方法有GB/T 5487-1995《汽油辛烷值測定法（研究法）》、GB/T 503-1995《汽油辛烷值測定法（馬達(dá)法）》和GB/T 18339-2001《車用汽油辛烷值測定法（介電常數(shù)法）》[2]。前2種方法是在試驗(yàn)條件下測定汽油在發(fā)動機(jī)中燃燒產(chǎn)生爆震時的辛烷值，所測結(jié)果誤差較小，但操作復(fù)雜。第3種方法采用的是介電常數(shù)法，該方法通過將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，建立模型后計(jì)算得出辛烷值。但由于模型參數(shù)唯一，測量結(jié)果誤差較大。

1.2 揮發(fā)性

汽油的揮發(fā)性取決于飽和蒸氣壓和餾程的變化。飽和蒸氣壓是指在一定條件下，當(dāng)油品內(nèi)部壓力與外界壓力相等時氣液界面處的最大壓力。根據(jù)測試技術(shù)和測試對象的不同，測試方法主要有ASTM D5191《石油產(chǎn)品蒸氣壓測定法（微型法）》、GB/T 8017-2012《石油產(chǎn)品蒸氣壓測定法（雷德法）》及GB/T 257-1964《發(fā)動機(jī)燃料蒸氣壓測定法（雷德法）》。餾程是指在試驗(yàn)條件下蒸餾體積與蒸餾溫度的關(guān)系。目前，國內(nèi)主要采用恩氏蒸餾法來測定餾程，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 6536-1997《石油產(chǎn)品蒸餾測定法》[3]。

1.3 安定性

（1）實(shí)際膠質(zhì)。膠質(zhì)是指汽油在存儲和使用過程中生成的深黑色或棕色的黏稠物質(zhì)[4]，其產(chǎn)生的主要原因是汽油中的不穩(wěn)定組分在溫度升高和含氧量增多等條件下發(fā)生氧化反應(yīng)。實(shí)際膠質(zhì)是指未經(jīng)任何處理的膠質(zhì)含量，其測定方法則主要有GB/T 509-1988《發(fā)動機(jī)燃料實(shí)際膠質(zhì)測定法》和GB/T 8019-1987《車用汽油和航空燃料實(shí)際膠質(zhì)測定法（噴射蒸發(fā)法）》。

（2）氧化安定性。誘導(dǎo)期是指在人為加速油品氧化條件下測量所得油品未被氧化經(jīng)過的時間，通常使用誘導(dǎo)期來表示油品的氧化安定性。誘導(dǎo)期的測定方法主要有GB/T 256-1964《汽油誘導(dǎo)期測定法》和GB/T 8018-1987《汽油氧化安定性測定法（誘導(dǎo)期法）》。

（3）銅片腐蝕性。銅片腐蝕試驗(yàn)有助于預(yù)判汽油對金屬的腐蝕性，從而更好地進(jìn)行安全評估。油品腐蝕試驗(yàn)中最常用的測定方法是GB/T 5096-1985《石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗(yàn)法》，汽油及其它輕質(zhì)油品一般情況下均采用此法來測定銅片腐蝕[5]。

（4）硫含量。石油產(chǎn)品中通常含有硫元素，其含量的高低對于石油產(chǎn)品的環(huán)保性和使用性均有很大的影響。通常情況下，硫元素主要存在于重質(zhì)油品中，汽油等輕質(zhì)油品含量較少。汽油硫含量的測試方法一般采用GB/T 380-1977《石油產(chǎn)品硫含量測定法（燃燈法）》，此外還有SH/T 0253-1992《輕質(zhì)石油產(chǎn)品中總硫含量測定法（電量法）》和GB/T 17040-2008《石油和石油產(chǎn)品硫含量的測定（能量色散X射線熒光光譜法）》[6]。

1.4 非常規(guī)添加劑

非常規(guī)添加劑主要包括碳酸二甲酯、苯胺類及甲縮醛等。對于該類物質(zhì)的檢測，目前主要采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法、離子色譜法以及紅外光譜法等。高枝榮等[7]采用氣質(zhì)聯(lián)用全掃描的方法，對汽油中的碳酸二甲酯、甲縮酸以及N-甲基苯胺等組分進(jìn)行準(zhǔn)確定性，然后以特征離子扣除基底影響進(jìn)行精確定量。離子色譜法具有檢測效率高、檢測準(zhǔn)確度高且可同時檢測多種元素的特點(diǎn)[8]。但是由于儀器價格昂貴及運(yùn)行要求較高等原因，目前沒有廣泛使用。紅外光譜法是融合化學(xué)計(jì)量學(xué)和光譜測量技術(shù)的綜合分析方法。廖上富等[9]使用紅外光譜儀對汽油中的N-甲基苯胺組分進(jìn)行檢測，獲得不受干擾的特征吸收峰。

2 柴油質(zhì)量分析

柴油的許多檢測指標(biāo)與汽油相同，相同指標(biāo)檢測方法可參考汽油。除此之外，柴油的常用檢測指標(biāo)還包括黏度。柴油黏度的常用檢測方法主要有以下幾種：毛細(xì)管黏度計(jì)法、細(xì)孔式黏度計(jì)法、落球式黏度計(jì)法及旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)法。毛細(xì)管黏度計(jì)法可測算油品的運(yùn)動黏度和動力黏度，如GB/T 265-1988中的品式黏度計(jì)。細(xì)孔式黏度計(jì)法可測定油品的條件黏度，如GB/T 266-1988中的恩氏黏度計(jì)。落球式黏度計(jì)法通常測定黏度較大的油品，如霍普勒黏度計(jì)。旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)法通常測定非牛頓流體的動力黏度，如SH/T 0739-2003中的Brookfield黏度儀[10]。

除此之外，柴油產(chǎn)品質(zhì)量還可通過紅外光譜儀進(jìn)行檢測分析，紅外光譜儀對于柴油的結(jié)構(gòu)非常敏感，能夠依據(jù)不同的特征峰來確定官能團(tuán)。即從特征區(qū)的最強(qiáng)峰開始，逐步分析縮小范圍，結(jié)合相關(guān)峰最終確定其種類。由于柴油屬于混合物，可通過聯(lián)立方程組進(jìn)行定量分析[11]。

生物柴油作為替代能源，具有閃點(diǎn)較高、潤滑性能良好、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。一般來說，對生物柴油的分析主要包括色譜法（氣相色譜法、高效液相色譜法）和光譜法（核磁共振光譜法、近紅外NIR光譜法）及以其物理性能為基礎(chǔ)的其他方法（黏度法、滴定法、酶法）[12]。

3 潤滑油質(zhì)量分析

潤滑油質(zhì)量可以從顏色、黏度、酸值及抗氧劑含量等參數(shù)表征得出。在潤滑油質(zhì)量分析中，傳統(tǒng)方法容易受人員和環(huán)境的影響，準(zhǔn)確率較低。而現(xiàn)代分析方法則具有操作簡便、分析速度快及準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)，逐步成為潤滑油質(zhì)量檢測分析的重要手段。目前，常用的潤滑油質(zhì)量分析方法主要有熱分析技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、色譜技術(shù)及質(zhì)譜技術(shù)。

3.1 熱分析技術(shù)

熱分析技術(shù)是指高壓差示掃描量熱法（PDSC）熱氧化評定試驗(yàn)，該試驗(yàn)可在一定程度上模擬邊界條件下潤滑油氧化過程，是評價潤滑油氧化安定性和抗氧劑性能的有效方法。謝龍等[13]利用PDSC檢測潤滑脂中的抗氧劑含量，并且研究了抗氧劑濃度對抗氧化效果的影響。

3.2 紅外光譜技術(shù)

紅外光譜技術(shù)具有易操作、速度快及無污染等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。徐繼剛[14]等利用紅外光譜技術(shù)采集了不同品種潤滑油的譜圖信息，分別使用主成分分析法和聚類分析法進(jìn)行分類識別。趙暢暢等[15]利用紅外光譜技術(shù)對多種合成潤滑油基礎(chǔ)油進(jìn)行采集分析，從特征官能團(tuán)信息分析確定基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)和類型。

3.3 色譜技術(shù)

色譜技術(shù)分為氣相色譜技術(shù)和液相色譜技術(shù)。氣相色譜是利用物質(zhì)之間極性和吸附性的不同來實(shí)現(xiàn)混合物的定性分析，具有易操作、選擇性好及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。李春燕等[16]使用氣相色譜法對潤滑油中水含量進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明：水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.02%～1%之間時，相對誤差不超過5%。相較于氣相色譜，液相色譜分析不受樣品揮發(fā)性的影響，同時分析樣品容易回收。努爾古麗·馬合買提等[17]利用高效液相色譜測定合成潤滑油中抗氧劑T501（2，6-二叔丁基對甲酚）的含量，采用外標(biāo)法分析檢出限為0.0080g/L且加標(biāo)回收率可達(dá)97%以上。

3.4 質(zhì)譜技術(shù)

質(zhì)譜分析技術(shù)是先將物質(zhì)電離生成不同的離子，依據(jù)質(zhì)荷比不同形成的離子譜峰強(qiáng)度的不同來進(jìn)行分析。在進(jìn)行復(fù)雜樣品分析時，經(jīng)常將質(zhì)譜技術(shù)與色譜技術(shù)結(jié)合使用。Wu[18]等利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析了雙酯類潤滑油氧化產(chǎn)物對其油品潤滑性能的影響，結(jié)果表明：氫過氧化物會降低油品潤滑性能，而醇和酸可以提高油品潤滑性能。

4 結(jié)束語

通過對石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)的分析，可以看出，隨著時代的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，對于石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測提出了更高要求。本文從分析汽油等石油產(chǎn)品的常用質(zhì)量檢測分析技術(shù)入手簡要介紹了光譜、色譜及質(zhì)譜等現(xiàn)代分析技術(shù)在石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測分析中的應(yīng)用，光譜等現(xiàn)代分析技術(shù)具有更精確、更高效、更靈敏等優(yōu)點(diǎn)，為未來石油產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)指明了發(fā)展方向。