隨著世界石油資源的短缺和消費(fèi)需求的不斷增長(zhǎng),重油深加工顯得越來(lái)越重要,重油族組成分析是煉油加工過(guò)程中較常用的分析項(xiàng)目之一。在上世紀(jì)90年代初期開(kāi)發(fā)的應(yīng)用于重油族組成分析的棒狀薄層色譜技術(shù)具有快速、靈敏的特點(diǎn),但由于其定量校正欠缺、準(zhǔn)確度較難統(tǒng)一,為此,對(duì)校正因子進(jìn)行深入的研究是很有必要的。本實(shí)驗(yàn)以柱吸附色譜法為基準(zhǔn)測(cè)定校正因子,討論校正因子的影響因素,從而為T(mén)LC/FID技術(shù)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
1 實(shí)驗(yàn)部分TLC/FID法
1.1 儀器與試劑
采用潤(rùn)揚(yáng)儀器公司的棒狀薄層色譜儀RY-CF19主機(jī);硅膠/氧化鋁色譜棒。 層析分析色譜法:展樣工作臺(tái),展樣缸,恒溫恒濕保存箱,RYH-300氫氣發(fā)生器,RYA-3000空氣發(fā)生器,100 mL錐型瓶,50 mL燒杯。試劑:正庚烷 ( 分析純 ) ,甲苯 ( 分析純 ) ,石油醚 ( 60~90 ℃ ) ,苯 ( 化學(xué)純 ) ,乙醇 ( 化學(xué)純 ) ,中性氧化鋁。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
TLC/FID法:稱(chēng)取約0.1 g重油樣品,用3 mL甲苯溶解制得分析液。移取此試液0.8 μL分4次點(diǎn)在色譜棒上。色譜棒移至盛有正庚烷的展開(kāi)槽中,展開(kāi)到110 mm處,取出晾干。再將色譜棒移至盛有甲苯的展開(kāi)槽中,展開(kāi)到50 mm處,取出晾干。將色譜棒在氫火焰上掃描,通過(guò)色譜工作站得到色譜圖和色譜峰面積。
2 結(jié)果與討論
2.1 展開(kāi)損失校正因子k的測(cè)定
選擇一種油樣,用EC法測(cè)出飽和烴、芳烴、膠質(zhì)的含量。將該樣配制成不同濃度的系列樣品溶液,用TLC/FID法分別測(cè)出不同濃度樣品溶液的未展開(kāi)的積分響應(yīng)值及展開(kāi)后飽和烴、芳烴、膠質(zhì)各自的積分響應(yīng)值 ( 實(shí)測(cè)值 );在此基礎(chǔ)上求出各組分積分響應(yīng)值的損失值。在不發(fā)生損失時(shí),各組分的積分響應(yīng)值 ( 理論值 ) 應(yīng)為上述2部分之和。關(guān)聯(lián)實(shí)測(cè)值和理論值求得各組分展開(kāi)損失的校正因子。
對(duì)各類(lèi)油樣的展開(kāi)損失校正因子進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果表明,各類(lèi)油的ksa、kar、krs分別為1~2, 1~1.5, 1~2。
2.2 檢測(cè)器響應(yīng)校正因子f的測(cè)定
在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,可以獲得TLC/FID法的總點(diǎn)樣量;按EC法各組分的含量進(jìn)行分配,可以得到各組分的點(diǎn)樣量;關(guān)聯(lián)各組分的點(diǎn)樣量和理論值,便可求得各組分檢測(cè)器響應(yīng)的校正因子。對(duì)各類(lèi)油樣的檢測(cè)器響應(yīng)校正因子進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果表明,各類(lèi)油的fsa、far、frs分別在8~20, 5~10, 8~20。
2.3 校正因子影響因素的理論分析
ksa、kar、krs是指飽和烴、芳烴、膠質(zhì)在TLC/FID法展開(kāi)過(guò)程中損失程度大小的物理量,其值越大,說(shuō)明組分損失越嚴(yán)重。損失程度與重油的性質(zhì)有關(guān)。fsa、far、frs是指對(duì)飽和烴、芳烴、膠質(zhì)各組分在檢測(cè)器上響應(yīng)的不一致而進(jìn)行校正的校正因子,其數(shù)值大小與各族組成的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。
從理論角度考慮, ksa越大,說(shuō)明飽和烴與正庚烷的相溶性越好,飽和烴的相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越低或飽和烴組成的雜原子含量越低。因?yàn)楫?dāng)展開(kāi)劑揮發(fā)時(shí),由于溶劑共揮發(fā)而產(chǎn)生損失,使測(cè)得的信號(hào)偏低,從而校正因子ksa偏大;沸點(diǎn)低 ( 相對(duì)分子質(zhì)量小 ) 的組成易揮發(fā),也使ksa偏大;雜原子的極性比較強(qiáng), 在色譜棒上的吸附力比較大,不易造成揮發(fā)損失, 則ksa偏小。
而fsa越大,說(shuō)明飽和烴族組成的雜原子含量越高或者相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越大。因?yàn)榻M成的相對(duì)分子質(zhì)量越大,氫焰燃燒越不*,則測(cè)定的信號(hào)越低,校正因子fsa就越大;雜原子含量越高,吸收氫焰燃燒樣品產(chǎn)生的自由電子越多,測(cè)得的信號(hào)越小, fsa就越大。
同理, kar越大,說(shuō)明芳烴與甲苯的相溶性越好,則芳烴的相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越低或芳烴組成的雜原子含量越低。而far越大,說(shuō)明芳烴族組成的雜原子含量越高或者相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越大。krs越大,說(shuō)明膠質(zhì)與甲苯的相溶性越好,膠質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越低或芳烴組成的雜原子含量越低。而frs越大,說(shuō)明膠質(zhì)族組成的雜原子含量越高或者相對(duì)分子質(zhì)量 ( 或沸點(diǎn) ) 越大。
2.4 校正因子影響因素的實(shí)驗(yàn)解釋
2.4.1 校正因子與雜原子含量關(guān)聯(lián)
校正因子與雜原子含量的關(guān)系見(jiàn)表1。
表1校正因子與雜原子含量的關(guān)系
以上油樣的平均相對(duì)分子質(zhì)量 (M) 基本相當(dāng) (380~590) ,隨雜原子含量的增加,k值減小, f值增大,這與上述理論假設(shè)一致。
2.4.2 校正因子與M的關(guān)聯(lián)
校正因子與M的關(guān)系見(jiàn)表2。
表2校正因子與M的關(guān)系
從相對(duì)分子質(zhì)量的分布來(lái)看,這 2種油樣的飽和烴組成的相對(duì)分子質(zhì)量相當(dāng)。由于這2種油樣的雜原子含量基本相當(dāng), 隨著M的增加,k值減小,f值增大。這與上述理論假設(shè)一致。
2.4.3 校正因子與M和雜原子含量關(guān)聯(lián)
校正因子與M和雜原子含量的關(guān)系見(jiàn)表3。
由表3可以看出,M和雜原子含量升高時(shí), f值增大,而k值減小;M增大而雜原子含量降低時(shí),則f值和k值的變化視二者作用的大小而定。
表3表明,由于M相差比較大 ( 近200 ) , 雜原子含量相差比較少,故M對(duì)f的影響較雜原子含量大。同時(shí),雜原子含量較高的混合減渣的f值均小于黏02的f值,而k值均大于黏02 的k值,這說(shuō)明黏02的M比南稠減渣大得多,此時(shí)M對(duì)k和f的影響比雜原子大。另外, 雜原子含量高的混合減渣的k值小,M大的青海減渣的f值大,此時(shí)雜原子對(duì)k的影響大,而M對(duì)f的影響也大。
3 結(jié)論
a. 展開(kāi)損失校正因子ksa、kar、krs分別為1~2, 1~1.5, 1~2;檢測(cè)器響應(yīng)校正因子fsa、far、frs分別為8~20, 5~10, 8~20。薄層色譜技術(shù)分析重油族組成時(shí),準(zhǔn)確度較差的主要原因是FID對(duì)各組分的響應(yīng)不一致。
b. 飽和烴、芳烴和膠質(zhì)的ksa、kar、krs隨著各族組成M的降低而增大。
表3校正因子與M和雜原子含量的關(guān)系
c. 飽和烴、芳烴和膠質(zhì)檢測(cè)器響應(yīng)的校正因子fsa、far、frs隨著各族組成M及雜原子含量的升高而增大,而雜原子含量對(duì)膠質(zhì)校正因子frs影響較大。