Выбор оптимальных технологий переработки нефти, расчет мощности оборудования, решение задач геологоразведки и добычи требуют знания химического и фракционного состава нефти и нефтепродуктов. Современные физико-химические методы позволяют определять не только элементный, но и индивидуальный и групповой состав смесей.
Однако стандартизованные методы исследований отличаются трудоемкостью и длительностью процесса, что представляет определенные неудобства. Альтернативой и дополнительным источником информации служат спектральные методы. К ним относятся ультрафиолетовая (УФ) и инфракрасная (ИК) спектроскопия, которые находят широкое применение в нефтехимии.
Инфракрасная спектроскопия
Метод основан на исследовании спектров поглощения, находящихся в ИК области. Идентификация осуществляется по набору полос инфракрасного спектра, которые являются индивидуальной характеристикой.
Область применения
ИК-спектрометры позволяют решать разнообразные аналитические задачи при исследовании нефти и нефтепродуктов:
- Определение типа и ароматизированности нефтей.
- Получение качественных и количественных показателей структурных фрагментов средней молекулы.
- Характеристические полосы позволяют рассчитать среднее содержание метиленовых групп в алкильных цепях.
- Возможность приблизительной оценки степени разветвленности алифатических цепей, которая имеет связь с октановым числом.
- Исследование гетероатомных молекул.
- Регистрация соединений, содержащих серу и кислород.
Стандартизованные методы основаны на деструкции, трудоемки и требуют больше времени. ИК-спектрометрия дает возможность оперативно получать информацию о веществе без его разложения. Метод позволяет определять серу и кислород даже во фракции, которая состоят из сотен различных соединений.
Приборы
Для анализа нефти и нефтепродуктов используют одно- и двухлучевые спектрометры, а также ИК-спектрометры с Фурье преобразованием.
В однолучевых приборах получение спектра происходит в два этапа, и заключается в измерении:
- пропускания чистого растворителя;
- пропускания раствора образца в растворителе.
Это позволяет определить разность оптических плотностей, и, следовательно, плотность анализируемого вещества на определенной длине волны.
В двухлучевом спектрометре монохроматическое излучение проходит через кювету с растворителем и образцом параллельными лучами. Сравнение интенсивностей осуществляет приемник.
Спектроскопия в ультрафиолетовом и видимом диапазоне
Эти виды спектроскопии позволяют исследовать вещество в УФ и видимой области спектра. В основе методов лежит регистрация интенсивности поглощенного электромагнитного излучения, которое прошло через анализируемую пробу. Исследование зависимости интенсивности от длины волны в ультрафиолетовом и видимом диапазоне позволяет получить информацию о веществе.
Область применения
УФ-спектроскопия - перспективный метод для нефтехимии, так как открывает следующие возможности:
- Контроль состава при ведении технологических процессов.
- Определение аренов в в фракциях нефти.
- Проведение оценки качества продуктов.
- Идентификация сырых нефтей.
- Экологический контроль загрязнения окружающей среды нефтепродуктами.
- Анализ полиеновых и ароматических структур.
- Анализ продуктов термической переработки.
- Оценка качественного и количественного состава фракций.
УФ-спектрометры отличаются высокой чувствительностью, поэтому способны определять следовые количества аренов в неароматических соединениях. Кроме этого, усредненные спектральные данные ароматических ядер позволяют определить содержание таких углеводородов, как бензольные, нафталиновые и фенантреновые.
УФ-спектроскопия - экспрессный метод, скорость проведения анализа в котором значительно превосходит стандартизированные методы.
Приборы
Современные спектроскопы обладают внушительными возможностями, постоянно совершенствуются, и используют последние достижения техники. Эти приборы имеют существенные отличия от своих предшественников. Несмотря на то, что в них используются голографические решетки и мощная компьютерная техника, принципиальное устройство приборов остается неизменным. Тем не менее, технологический прорыв дает ряд преимуществ перед более ранними конструкциями.
Схема УФ-спектрометра
К достоинствам современных спектроскопов относят:
- За счет использования голографических решеток снижается рассеивание и улучшается монохроматизация света, что приводит к повышению чувствительности.
- Возможность проведения исследований спектра в широком диапазоне.
- Высокая информативность.
- Автоматизация расчетов и смены проб.
- Способность проводить запись спектра с определенной периодичностью.
Спектроскопия комбинационного рассеяния
Рамановская (Raman) или спектроскопия комбинированного рассеяния (КР) - метод исследования вещества, в основу которого положено явление неупругого (рамановского) рассеяния монохроматического света. Этот метод широко используется для анализа соединений с неполярными группами. КР- и ИК-спектроскопия дополняют друг друга, что позволяет получить более полную информацию при исследовании образца.
Область применения
КР-спектрометрия позволяет - мощный аналитический инструмент, который дает возможность:
- Проводить исследования строения вещества.
- Идентифицировать изомеры.
- Обнаружения слабо- и неполярных групп.
- Исследовать полимеры.
Современные приборы использует лазерную технику, и работают под управлением компьютера. В отличие от ИК-спектрометров имеется возможность использования воды в качестве растворителя. Масса исследуемого образца составляет всего несколько миллиграммов.
Применение основных спектрометрических методов в нефтехимии
Для анализа нефти и нефтепродуктов используются следующие виды методы спектрометрии:
- Инфракрасная. Исследование функциональных групп и структурные исследования молекул.
- Ультрафиолетовая и видимая. Анализ соединений с ненасыщенными связями и поляризуемыми группами.
- Ядерного магнитного резонанса. Изучает строение молекул, которые содержат определенные атомы.
- Электронного парамагнитного резонанса. Исследует свободные радикалы и другие парамагнитные частицы.
- Дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм. Проведение стереохимических исследований молекул.
- Масс-спектрометрия. Проведение структурных исследований. Позволяет определить молекулярную массу.
Спектроскопия незаменима при необходимости установления строения исследуемого вещества. Основное преимущество методов: возможность быстрого получения информации при исследования малого количества вещества.
