红外光谱方法在原油及油品分析中的应用

【摘   要】本文對红外光谱分析技术的基本原理与设备进行了简要概述，并对红外光谱技术在原油及油品分析中的应用进行了阐述，期望能够提升原油及油品质量分析的水平。

【关键词】红外光谱方法;油品分析;原油分析

引言

作为一种经典的分析方法，红外光谱方法集光谱测量、化学测量以及基础测量三种技术融为一体，能够快速准确地对样品的化学成分进行定性与定量分析。不同于常规分析方法，红外光谱技术通过化学计量建立校正模型，从而实现对未知的样品进行分析，能够在更短时间内测定样品中各物质的成分及含量。也正是得益于此，红外光谱技术近几年在诸多领域中被广泛应用，尤其是石油化工的测定中，有效地克服了检测时间长、成本高、环保效果差等缺点，实现良好的应用价值效益。

1.红外光谱方法概述

1.1红外光谱分析方法原理

红外光谱介于可见光与微波之间，对石化产品有机物的结构非常敏感，而石油中每个分子具有其独有的结构，用于吸收特定的红外吸收光谱。当样本被红外光照射后，样品中的分子吸收辐射能量，分子的振动与转动能级的跃迁产生光谱，又被称之为振转光谱。根据红外波段的波长范围，具体分为三个谱区：近红外光谱（0.78～3um）、中红外光谱（3～25um）、远红外光谱（25～500um）。相比近红外光谱，中红外光谱谱带灵敏度较高，更适用于对油品中的化合物结构进行判断，从而达到对不同种类的油品进行快速分析的目的。

1.2红外光谱的优势

（1）分析速度快。在对某些不稳定物质进行红外光谱分析时，光谱采集测量的过程不到一分钟（在多通道仪器的作用下可以缩短至几秒钟），样品中的多项性能指标即可测定完成。

（2）分辨率高。光谱的分辨率越高，样品的组成就越容易被区分，信息量就越多。在油品分析中红外光谱的分辨率一般为0.1cm-1—0.005cm-1。

（3）信息量大。红外光谱分析范围几乎覆盖所有的有机化合物与混合物，提供的信息量较大。能够根据样品的光谱图来得到有关特征信息，确定油品组成成分。

（4）环保无污染。在进行分析前，样品视颗粒度的不同仅需进行简单的预处理（如磨碎、混合、干燥等），甚至无需任何化学干预。整个分析过程中不会产生其他材料的消耗，样品自身也不会因为产生化学反应而被破坏;整个分析过程具有重现性且成本低，无需任何化学试剂，更不会对环境造成污染。

（5）便于在线分析。由于光纤具有较好的传输性能，与红外光相适配，利用多路光纤可以实现对多个测量点的实时监测分析，无论外界环境恶劣与否，都能够直接显示样品的组成与性质。

1.3红外光谱仪的应用

随着计算机技术的不断发展，红外光谱仪与化学计量方法结合形成新的测量技术。红外光谱仪通常由光源、单色器、探测器与计算机处理信息系统组成，用以对分子结构与化学组成进行定性分析。而红外光谱仪又具体分为色散型与干涉型两种，当下广泛使用的是干涉型的傅里叶变换红外光谱仪，此类仪器优势为：一是多通道测量，信噪比提高;二是光通量高，提高灵敏度;三是波数值精确度可达0.01cm-1;四是分析能力提升;五是分析具有稳定与可重复性。进入九十年代后，红外光谱仪与光纤结合后在油品分析领域得到广泛应用，进一步推动红外光谱分析技术的发展。

2.红外光谱技术在原油及油品分析中的应用

2.1测定油品理化指标

红外光谱分析仪不但可以对已有的模型样品参数和性能指标进行测定，而且还能根据样本的组分以及相关参数测定未知样品的主要性质和性能，并快速判断样品中的种类和各类指标。在分析未知样品的情况下，红外光谱分析技术具有明显优势。传统的油品滴定测量法具有局限性，仅通过查看使用添加剂后油品中剩余的氧化剂含量来判定油品质量，受外界干扰因素与内部反应影响较大，难以保证数据准确性。而红外光谱分析仪排除多余干扰因素，测量得出参与反应的氧化剂含量符合实际情况。

2.2定性分析与定量分析

汽油中包含许多复杂的基团因子与氧化物如芳烃、烯烃及饱和烯烃等。当下运用红外光谱技术对原油及油品进行分析的方法主要分为两种：一种是定性分析，通过将检测样本与位置样品的光谱数据进行比对、分析、处理，检测出对应的氧化物。汽油中添加MTBE与低碳醇能够提高辛烷值，但这两种物质具有腐蚀性，所以必须准确测量二者在汽油中的含量。而通常情况下，光谱图的设计步骤较为复杂，在借助傅立叶红外光谱仪的情况下可以快速且准确地测出汽油中MTBE、低碳醇的含量。另一种是定量分析，主要运用于对异构体的分析之中，在汽油中取部分物质的吸收区域范围，借助多元线性回归、主成分回归与最小二乘法这三种常用的方法去建立汽油校正模型，同样能达到快速测定汽油中氧化物含量的目的。

2.3监控发动机油质量

红外光谱分析技术在鉴定监测发动机油品上也有较大作用。一是能够分析发动机油品质量情况，一旦发动机油混入污染物或油量减少，红外光谱图都能做出对应解析，便于及时更换，延长油品使用时间;二是能够分析发动机油氧化、硝化情况，通过发动机用油的红外光谱数据选取氧化和硝化峰，以此来监测发动机油的氧化情况;三是能够分析发动机油添加降解情况，结合具体光谱图进行分析，判断是否有存在添加降解剂的情况。近年来随着油品向高档次的发展与变化，红外光谱分析仪在监测发动机油品方面的技术也在不断提升，利用红外光谱分析技术用于监测润滑油的品质变化已被列为标准方法（ASTME2412-04）。

3.结语

综上所述，红外光谱分析技术以计算机技术为依托，近几年在原油及油品的质量分析中得到广泛应用，摆脱了传统分析方法的局限性，实现各项物性参数与化学组成的测定要求，分析方法简便，准确度高。相信在不久以后的将来，石油化工产品的分析水平将会随着科学技术的发展而不断进步。

参考文献

[1]李敬岩， 褚小立， 田松柏. 红外光谱方法在原油及油品分析中的应用[C]// 科学仪器服务民生学术大会论文集. 中国仪器仪表学会， 2011.

[2]吴双. 红外光谱分析技术在油品分析中的应用探索[J]. 化工管理， 2017（26）.

作者简介：宋宏伟（1986.3-），女，汉族，辽宁凌源，本科，助理工程师。

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