紅外光譜方法在原油及油品分析中的應用

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

【關鍵詞】紅外光譜方法;油品分析;原油分析

引言

作為一種經典的分析方法，紅外光譜方法集光譜測量、化學測量以及基礎測量三種技術融為一體，能夠快速準確地對樣品的化學成分進行定性與定量分析。不同于常規分析方法，紅外光譜技術通過化學計量建立校正模型，從而實現對未知的樣品進行分析，能夠在更短時間內測定樣品中各物質的成分及含量。也正是得益于此，紅外光譜技術近幾年在諸多領域中被廣泛應用，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、環保效果差等缺點，實現良好的應用價值效益。

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，對石化產品有機物的結構非常敏感，而石油中每個分子具有其獨有的結構，用于吸收特定的紅外吸收光譜。當樣本被紅外光照射后，樣品中的分子吸收輻射能量，分子的振動與轉動能級的躍遷產生光譜，又被稱之為振轉光譜。根據紅外波段的波長范圍，具體分為三個譜區：近紅外光譜（0.78～3um）、中紅外光譜（3～25um）、遠紅外光譜（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構進行判斷，從而達到對不同種類的油品進行快速分析的目的。

1.2紅外光譜的優勢

（1）分析速度快。在對某些不穩定物質進行紅外光譜分析時，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。能夠根據樣品的光譜圖來得到有關特征信息，確定油品組成成分。

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

（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對多個測量點的實時監測分析，無論外界環境惡劣與否，都能夠直接顯示樣品的組成與性質。

1.3紅外光譜儀的應用

隨著計算機技術的不斷發展，紅外光譜儀與化學計量方法結合形成新的測量技術。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組成，用以對分子結構與化學組成進行定性分析。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;三是波數值精確度可達0.01cm-1;四是分析能力提升;五是分析具有穩定與可重復性。進入九十年代后，紅外光譜儀與光纖結合后在油品分析領域得到廣泛應用，進一步推動紅外光譜分析技術的發展。

2.紅外光譜技術在原油及油品分析中的應用

2.1測定油品理化指標

紅外光譜分析儀不但可以對已有的模型樣品參數和性能指標進行測定，而且還能根據樣本的組分以及相關參數測定未知樣品的主要性質和性能，并快速判斷樣品中的種類和各類指標。在分析未知樣品的情況下，紅外光譜分析技術具有明顯優勢。傳統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量，受外界干擾因素與內部反應影響較大，難以保證數據準確性。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

汽油中包含許多復雜的基團因子與氧化物如芳烴、烯烴及飽和烯烴等。當下運用紅外光譜技術對原油及油品進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據進行比對、分析、處理，檢測出對應的氧化物。汽油中添加MTBE與低碳醇能夠提高辛烷值，但這兩種物質具有腐蝕性，所以必須準確測量二者在汽油中的含量。而通常情況下，光譜圖的設計步驟較為復雜，在借助傅立葉紅外光譜儀的情況下可以快速且準確地測出汽油中MTBE、低碳醇的含量。另一種是定量分析，主要運用于對異構體的分析之中，在汽油中取部分物質的吸收區域范圍，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，同樣能達到快速測定汽油中氧化物含量的目的。

2.3監控發動機油質量

紅外光譜分析技術在鑒定監測發動機油品上也有較大作用。一是能夠分析發動機油品質量情況，一旦發動機油混入污染物或油量減少，紅外光譜圖都能做出對應解析，便于及時更換，延長油品使用時間;二是能夠分析發動機油氧化、硝化情況，通過發動機用油的紅外光譜數據選取氧化和硝化峰，以此來監測發動機油的氧化情況;三是能夠分析發動機油添加降解情況，結合具體光譜圖進行分析，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展與變化，紅外光譜分析儀在監測發動機油品方面的技術也在不斷提升，利用紅外光譜分析技術用于監測潤滑油的品質變化已被列為標準方法（ASTME2412-04）。

3.結語

綜上所述，紅外光譜分析技術以計算機技術為依托，近幾年在原油及油品的質量分析中得到廣泛應用，擺脫了傳統分析方法的局限性，實現各項物性參數與化學組成的測定要求，分析方法簡便，準確度高。相信在不久以后的將來，石油化工產品的分析水平將會隨著科學技術的發展而不斷進步。

參考文獻

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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