氣相色譜－質譜法測定芳烴抽提環丁砜貧劑中烴含量

趙惠菊，王 忠

（中國石油化工股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004）

氣相色譜－質譜法測定芳烴抽提環丁砜貧劑中烴含量

趙惠菊，王 忠

（中國石油化工股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004）

建立了采用氣相色譜－質譜（GC/MS）分析芳烴抽提環丁砜貧劑中各烴組分結構和含量的方法。并使用三因素三水平正交試驗來確定最佳色譜分離條件。對芳烴抽提環丁砜貧劑中各烴組分進行定性，對所得質譜譜圖解析，并結合質譜標準譜庫檢索，與各烴組分標準樣品保留時間對照，可確定各烴組分結構。以正辛烷為內標物，內標法定量，采用掃描方式分析環丁砜貧劑中各烴組分含量。配制標準溶液，測定各烴組分的相對體積校正因子。樣品中各烴組分含量測定的相對標準偏差均小于5%，回收率在91%～109%之間，完成一個樣品的分析時間約14min。與傳統的蒸餾法相比，該方法更精確、靈敏、快速、簡便，且無環境污染。

正交試驗；氣相色譜－質譜（GC/MS）；環丁砜；烴

重整汽油中的芳烴采用環丁砜溶劑進行抽提［1－5］，富含芳烴的環丁砜溶劑通過兩個蒸餾塔將環丁砜與芳烴、少量非芳烴進行分離，所得環丁砜貧劑循環使用。為了確定芳烴抽提環丁砜貧劑的再生效果，保證系統環丁砜的抽提能力，需要測定環丁砜貧劑中烴含量。

目前，國內一般采用樣品直接蒸餾法［6－10］測定環丁砜貧劑中烴含量。即向200mL環丁砜貧劑中加入100mL蒸餾水一起蒸餾，用100 mL量筒收集冷凝后的蒸出液，由收集到的烴體積可得出環丁砜貧劑中烴的體積百分含量，分析一個樣品大約需要0.5h。蒸餾分析方法存在樣品用量大、分析時間長、分析精確度差、易造成環境污染等問題，且C9芳烴的沸點較高，往往不能從環丁砜貧劑中完全蒸出，所以該方法難以很好地指導生產。為此，本工作旨在氣相色譜－質譜（GC/MS）聯用儀上開發一種測定環丁砜貧劑中各烴含量的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GC-17A與 QP-5000型 GC/MS聯用儀：日本島津公司產品。色譜柱為DB-1石英毛細管柱（30m×0.25mm×0.25μm），柱流量1.8 mL/min，注射口溫度220℃，接口溫度230℃。電子電離（EI）模式，電子能量70eV，檢測器電壓1.6kV，質量掃描范圍m/z40～310，掃描間隔0.5s，掃描速度500u/s。進行正交試驗時，溶劑切割時間0min，信號采集時間0.5min；環丁砜貧劑中烴組分定性和定量分析時，溶劑切割時間2.5min，信號采集時間3.0min，7.5min燈絲OFF，分流比為8∶1，進樣量0.4μL。

載氣：高純氦，99.999%；乙苯，間二甲苯，對二甲苯，鄰二甲苯，正辛烷，丙酮：均為分析純；甲苯，異丙苯，正丙苯，1，3，5-三甲苯，1，2，4-三甲苯：均為色譜純。

1.2 色譜分離條件的確定

通過對生產現場環丁砜貧劑的監控分析，發現環丁砜貧劑所含烴均是芳烴，且均在環丁砜前流出，這是對其進行分離的關鍵。選取一典型的現場環丁砜貧劑，加入定量內標物正辛烷后，通過正交試驗［11］確定最佳色譜分離條件。分別對初始溫度、一階升溫速率、一階終溫3個因素，各取3個位級數，在掃描方式下進行三因素三水平正交試驗。同時設置二階升溫速率為40℃/min，終溫為200℃，保持5min。

為使各芳烴組分盡可能得到分離，且低含量芳烴在分離的基礎上易于識別定量，以圖1中第6個低含量芳烴（異丙苯）峰高為衡量標準，通過正交試驗，確定初溫為35℃，一階升溫速率為3℃/min，一階終溫為50℃。該條件下的掃描分析總離子流譜圖示于圖1。

圖1 正交試驗所選最佳分析條件下的總離子流譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of the best analysis condition selected by orthogonal test

2 結果與討論

2.1 環丁砜貧劑中所含烴組分的定性

通過長期的監控分析，發現環丁砜貧劑所含烴組分基本為C9以下芳烴。按上述確定的色譜、質譜條件直接進樣分析。一環丁砜貧劑掃描分析總離子流譜圖示于圖2，圖2中1號峰對應的質譜圖示于圖3。從譜圖看，該峰為分子質量92的芳烴甲苯，在該分析條件下分析甲苯標樣，所得質譜圖與圖3一致，從而可以確定圖2中1號峰為甲苯。

同樣，根據各峰對應的質譜圖進行解析，結合烴組分在非極性色譜柱上的保留特性，并使用相應的烴組分標樣進行確認，可確定圖2中2～10號峰分別為乙苯、間二甲苯＋對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1-甲基-3-乙基苯＋1－甲基-4-乙基苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基-2-乙基苯、1，2，4-三甲苯。

圖2 掃描分析模式下，一環丁砜貧劑的總離子流譜圖F ig.2 Total ion chromatogram of a sulfolane lean agent under the scan mode

圖3 圖2中1號峰對應的質譜圖Fig.3 The mass spectrum corresponding to No.1peak in Fig.2

2.2 烴組分相對校正因子的測定

采用內標法測定環丁砜貧劑中烴組分體積含量時，以正辛烷為內標物，確定各烴組分的相對體積校正因子［12］。在10mL容量瓶中，分別加入4μL甲苯、正辛烷、乙苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯，2μL間二甲苯、對二甲苯，用丙酮（分析純）定容至10 mL，配制濃度為400μL/L的甲苯、正辛烷、乙苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的標準溶液，200μL/L的間二甲苯、對二甲苯的標準溶液。在環丁砜貧劑中烴含量的分析條件下直接進樣，分析該標準溶液6次，該標準溶液的掃描分析總離子流譜圖示于圖4。其中，1號峰為甲苯，2號峰為正辛烷，3號峰為乙苯，4號峰為間二甲苯＋對二甲苯，5號峰為鄰二甲苯，6號峰為異丙苯，7號峰為正丙苯，8號峰為1，3，5-三甲苯，9號峰為1，2，4-三甲苯。

圖4 掃描分析模式下，標準溶液的總離子流譜圖Fig.4 Total ion chromatogram of the standard solution under the scan mode

2.3 烴組分含量測定的精確度考察

定量標準溶液的配制：在10mL容量瓶中，分別加入10μL甲苯、乙苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯，再分別加入5μL間二甲苯、對二甲苯，用丙酮定容至10 mL。配制成濃度為1 000μL/L的甲苯、乙苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的標準溶液和500μL/L的間二甲苯、對二甲苯的標準溶液。

在10mL容量瓶中，加入4mL標準溶液，用九江分公司生產現場2011-10-22的環丁砜貧劑定容至10mL，這樣甲苯、乙苯、間二甲苯＋對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯標準樣品的添加值均為400μL/L。以正辛烷作為內標物，內標法定量，正辛烷的濃度為400μL/L，直接進樣，進行加標回收試驗，分析結果列于表2。各烴組分的相對標準偏差均小于5%，加標回收率為91%～109%，可見分析環丁砜貧劑時，各烴組分含量的測定［13－20］均有較好的精確度。

各烴組分體積含量（μL/L）：

以丙酮為底液，向配制的1、10、100、1 000、8 000μL/L甲苯標準溶液中加入內標正辛烷，使其濃度為400μL/L，以甲苯濃度－內標濃度為縱坐標，以甲苯峰面積－內標峰面積為橫坐標，做一條過原點的定量工作曲線，線性相關系數為0.999 3。同樣以丙酮為底液，分別配制1、10、100、1 000、8 000μL/L的乙苯、間二甲苯＋對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯標準溶液，加入內標正辛烷，使其濃度為400μL/L，以各芳烴的濃度－內標濃度為縱坐標，以各芳烴的峰面積－內標峰面積為橫坐標，各芳烴可得到一條過原點的定量工作曲線，線性相關系數均大于0.999 1。

2.4 生產現場環丁砜貧劑的烴組分分析

采用所開發的GC/MS分析方法，分析了九江分公司生產現場2011-11-20、2011-11-21、2011-11-22、2011-11-23、2011-11-24、2011-11-25的環丁砜貧劑，內標物正辛烷的加入量為400 μL/L。各樣品的烴組分分析結果列于表3。3個環丁砜貧劑樣品使用該方法的分析結果與傳統的蒸餾法分析結果對比列于表4。方法不但精確度高，而且可以測出環丁砜貧劑中各單體烴含量。當烴含量小于1 000μL/L時，蒸餾法量筒收集的烴難以準確讀取；當烴含量較高時，由于輕烴的揮發損失和C9芳烴不能完全蒸出，使得蒸餾法烴含量測定結果較GC/MS法低。

表1 各組分的相對體積校正因子Table 1 The relative volume correction factors of the hydrocarbon components

表2 加標回收試驗分析結果Table 2 Analysis results of recovery test of standards

表3 生產現場環丁砜貧劑的烴組分分析結果Table 3 Hydrocarbon component analysis result of sulfolane lean agent in production site

表4 GC/MS法與傳統的蒸餾法分析結果對比Table 4 The analysis result of comparison with GC/MS and the traditional distillation method

3 結論

1）使用GC/MS法分析環丁砜貧劑的烴組分時，根據這些烴組分質譜圖的解析，結合烴組分在非極性色譜柱上的保留特性，并使用相應的烴組分標樣進行確認，可確定這些烴組分峰分別為甲苯、乙苯、間二甲苯＋對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯、正丙苯、1-甲基-3-乙基苯＋1-甲基-4-乙基苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基-2-乙基苯、1，2，4-三甲苯。

2）采用內標法測定環丁砜貧劑中烴組分體積含量，以正辛烷為內標物，使用各烴組分標準樣品配制標準溶液，測定了各烴組分的相對體積校正因子。以生產現場的環丁砜貧劑為底液，添加烴標準溶液，進行精密度和加標回收試驗。各烴組分含量的相對標準偏差均小于5%，加標回收率為91%～109%，可見各烴組分含量的測定均有較好的精確度。

3）在GC/MS聯用儀上使用非極性毛細管色譜柱進行分離，內標法定量，以正辛烷為內標物，建立了芳烴抽提環丁砜貧劑中各烴含量的分析方法，儀器完成一個樣品的分析約需14min。與傳統的蒸餾法相比，該方法精密度更高、準確性更好、樣品用量更少、操作更簡便、分析時間更短，且定量分析無干擾、無環境污染，能很好地指導煉油中的芳烴抽提生產。

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Determination of the Hydrocarbon Content in Sulfolane Lean Agent of Aromatics Extraction by GC/MS

ZHAO Hui-ju，WANG Zhong
（Technology Center of Jiujiang Subcompany，SINOPEC，Jiujiang332004，China）

The hydrocarbon structure and content analysis in sulfolane lean agent of aromatics extraction were determined by gas chromatography-mass spectrometry（GC/MS）.The orthogonal test of three factors and three levels was used to determine the best chromatographic conditions.According to the obtained mass spectrum analysis，combining with mass spectrometry standard library searching and the hydrocarbon components of standard sample retention time，the hydrocarbon component structure could be determined under the scan mode.Each hydrocarbon component content was determined using internal standard method with n-octane as internal standard substance under the scan mode.The standard solution was prepared，and the relative volume correction factors of the hydrocarbon components were determined.The relative standard deviaton of sample hydrocarbon content is less than 5%，the recovery rate is 91%—109%，and the analysis time is about 14min.Compared with traditional distillation method，the method is more precise，sensitive，rapid，simple without environmental pollution.

orthogonal test；sulfolane；hydrocarbon；gas chromatography-mass spectrometry（GC/MS）

O 657.63

A

1004-2997（2012）06-0363-07

2012-05-14；

2012-09-27

趙惠菊（1963～），女，江西修水人，教授級高級工程師，從事分析測試研究工作。E-mail：zhhj168＠vip.sina.com