气相色谱法在石油质量分析中的应用
时间：2023-02-17 08:05:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李盛宏
(中国检验认证集团珠海有限公司，广东 珠海 519000)
作为不可再生资源的石油被广泛应用于化工、科研、交通运输等各领域，石油质量对于相关领域产品的安全性具有较大影响，直接关系到相关产品使用者的个人安全。然而，在发展过程中，各种调和油、掺假油、劣质油屡禁不止，石油质量分析成为人们所关注的重点话题。综合对比现有的石油质量分析技术，气相色谱法以其结果准确、操作简单、推广容易等优势在行业中得到广泛应用，将该技术应用到石油产品质量分析工作中，对于监督管控石油产品质量具有积极意义。
气相色谱法的流动相为气体，其固定相可以为液体的气液色谱法，也可以为固体的气固色谱法。在实际应用时，气相色谱法能够通过仪器和相关技术实现对不易分解、易挥发物质的分离与分析，该技术的关键在于色谱柱中包含针对性的吸附剂，固定相为惰性位置以及流动相的气体在色谱柱中流动[1]。在实验过程中，工作人员需要利用色谱柱承接所注入的实验样品，借助流动相和固定相溶解或吸附实验用品，最终形成不一样的分配系数，在重复分配期间基于各成分在色谱柱内部运行速度的差异性最终以不同的顺序流出，最终在检测系统中生成相应的色谱图，相关实验流程如图1所示。相对而言，该技术在分离石油产品成分的过程中具有极高的效率，能够快速完成各混合物的检测分析工作，具有广阔的发展前景。
图1 气相色谱仪器示意图Fig.1 Schematic diagram of gas chromatography instrument
1.2 石油质量分析中的气相色谱技术分析
1.2.1 全二维气相色谱法
GC×GC气相色谱技术是以一维气相色谱技术为基础的技术方法，该技术应用过程中对油品的分离需要借助两个色谱柱来实现，同时借助安装于色谱柱中间的调制器实现对样品的捕捉和传送功能，在信息处理技术的支持下，使得信号强度与色谱柱保留时间构建的色谱图为三维形态，对于石油产品中混合物的成分分析具有积极作用[2]。相对而言，全二维技术具有更高的峰容量、灵敏度和分辨率，在痕量检测中也具有一定效果。其中，Blomberg等通过实验对该技术在石油质量分析中的功能效果进行了验证，认为该技术对于重催化裂解油、重汽油具有良好的分离效果，在详细分析烃类型石油产品的组分时更加有效。
1.3 气相色谱联用
在石油质量分析过程中，将多种检测技术联合应用能够进一步提升检测结果的精度，常见的联用技术主要有光谱与气相色谱、气质谱等。例如，赵力在对液化石油气进行组分测定的过程中，借助GC-MS气质谱联用技术实现了对C1～C5组分的准确测定，其结构与标准数值相差极小，借助EI 离子源四极杆完成定性检测工作，具有较高的精度和准确度；
杨永坛联用SCD、FID以及GC相关技术，实现了对催化柴油这一石油产品中硫化物组分的有效分析；
刘颖荣等人借助AED与GC联用以及MS与GC联用对混合纯烯烃这一汽油中样品进行了检测，准确测定了相关单体化合物的组分结构。相对而言，单纯应用气相色谱技术难以准确分析石油产品的各类组分具体情况，该技术作为一种分离定量技术，在油品分析过程中能够有效联合其他仪器设备共同分析，具有较强的发展潜力。
2.1 柴油油品分析
2.1.1 实验分析
在借助气相色谱技术对柴油产品质量进行分析的过程中，工作人员需要在色谱柱中注入所采集的柴油样品，在流动相、固定相接触、融合期间，对柴油各组分的吸附情况进行记录，准确掌握相关成分的含量相关信息，为后续的分析工作提供数据基础。在定量测试期间，工作人员可以通过出峰的时序性完成对柴油组分的准确分析[3]。
2.1.2 实验准备
为了确保实验检测工作的顺利开展，工作人员需要提前准备色谱仪、色谱柱、进样瓶、柴油样品相关材料和仪器。
2.1.3 实验条件
实验条件需要符合一定标准，以此来确保检测结果的精确性。为此，在操作过程中，实验人员需要做好相关参数的精准检测和调节工作，在借助分流进样法操作期间，实验人员需要将200 ℃设定为气化稳定，相关检测仪器则需要保持300 ℃的温度，在温度保持10 min的基础上，则需要重复进行升温加热工作。当达到100 ℃气化温度时，工作人员需要持续开展 1 min的升温操作，当达到200 ℃气化温度时，工作人员则需要持续开展20 min的恒温保持工作，同时也需要以50 mL/min的标准做好氢气在设备内部流量的控制工作，同时也需要以500 mL/min的标准控制空气流量，并在色谱柱中注入准备期的纯氮燃气原料。
2.1.4 实验流程操作
在实验条件达到预期目标的情况下，工作人员需要开展检测工作。首先，工作人员需要将300 mL蒸馏水倒入事先准备的烧杯之中，并注入1 mL的柴油样品，在抽提式装置上部安装回流冷凝管并注入部分蒸馏水。其次，在上述操作的基础上，借助冷凝管完成注水工作，在达到100 ℃水温的情况下，工作人员需要做好数据信息的记录工作。在加热过程中，对于油量减少、油位下降等情况，工作人员可以适当停止加热过程，并做好冷却后的状态观察工作。在油位为0的情况下，工作人员需要及时读取和记录当前的数据信息，同时为后续操作做好油层存管工作。最后，在实验期间，工作人员在设定自动进样器相关参数的情况下为绘制色谱图提供了有效帮助。通过不同容器放置油分，并适当添加蒸馏水，为后续的全面分析和结果验证提供帮助。
2.1.5 油品分析实验报告
实验结果表明，柴油油品分析过程中应用气相色谱技术能够进一步增强提取柴油的精度，实现了实验流程的简化和工作效率的提升，有效确保了柴油品质的可靠性[4]。相对而言，提取时间与提取率两者存在关联，相关实验结果数据如表1所示。
表1 油品分析数据表Table 1 Oil analysis data
结果表明，随着提取时间的延长，柴油提取率提升，对于其中的残余杂质进行了更准确的检测，为相关后续分析危害性等提供数据支持。柴油相对其他石油产品更加复杂，往往混杂较多其他组分，在气相色谱技术的支持下，工作人员能够更有效地将柴油内部的各混合物分离，并在色谱图的基础上明确相关组分的具体情况，为后续深入的油品质量分析奠定基础。
2.2 烃类、含氧化物、硫化物油品检测
石油产品中往往蕴含大量不同的化合物，如酸碱氧化物、烃类物等，气相色谱技术能够更精准地完成烃类杂质在石油产品中的含量和类型，能够有效划分单环、饱和烃等各类化合物，对于甲苯、苯类物质的分离具有积极作用。含氧化合物通常会混杂在汽油产品之中，在借助气相色谱技术对汽油进行油品质量分析过程中，工作人员将部分添加剂如醇类物质加入其中，能够借助色谱仪更有效地分类相关化合物，对于明确相关化合物组分、提升汽油产品质量具有积极意义。石油内部往往蕴含较多具有强腐蚀性的硫化物，此类物质含量的增加对于石油质量具有严重影响。在借助气相色谱技术分离提前硫化物的过程中，通常具有较高的分离效率和质量。
3.1 油气样品采集器的改进
根据所采集油气的存储时间不同，可以将样品采集实验区分为储存实验和现场实验。其中，现场实验直接针对真空泵、管理系统进行油气采集工作，能够通过气相色谱技术现场进样检测工作，能够高效、精准的完成所采集油气组分及含量的分析工作，测量工作不会因收集容器的变化而产生变化，但因操作过程相对危险需要做好相关防护工作[5]。然而，大多数情况下，相对危险的现场无法直接开展加热、带电等气相色谱检测工作，借助容器采集存储油气之后进行的储存实验应用更为广泛。在实际操作时，采集油气样品的容器主要有采集袋和玻璃容器两类，短时存储适合应用玻璃容器，否则在长期存储过程中，油气将会与有机物材质的玻璃相融吸附，进而产生油气损失情况，导致测量结果存在偏差。在实际应用过程中，相关单位对采样器进行了改进，如彭清涛研究的全氟膜、铝箔复合膜采样袋能够使得油气样品存储得更加稳定，其稳定时长可以达到玻璃注射器采集器的六倍。
3.2 高纯氢发生器在色谱分析中的应用
在常量分析过程中，气相色谱仪对于空气、氢气、载气等其他的杂志含量要求不高，实验结果并不会因为气体中的杂质受到严重影响。在痕量以及微量分析期间，实验室需要做好相关气体纯度的空中工作，以此来确保实验结果的精准性。工业制氢通常可以生产最高99.999%纯度的氢气，但依然无法满足理想实验检测工作的需求，通常需要开展多次实验进行分析。在高纯氢发生器的帮助下，实验室在气相色谱检测过程中，能够有效制备99.9999%纯度级别的氢气，远远超出工业制氢纯度的氢气能有效满足实验室内的油品质量分析需求。相关实验结果表明，借助该仪器生产的氢气进行实验室，能够提升10%作用的检查灵敏度，有效规避基线偏移、柱寿命减少、柱流失、假峰等问题。
综上所述，气相色谱技术对于石油质量分析工作具有积极意义，能够帮助检测单位简单、快速、精准地完成石油相关样品的分离工作，对于相关组分的定量、定性分析具有积极作用。在实验检测过程中，实验室人员需要做好温度、时间等实验条件的控制工作，严格按标准做好各项实验操作，确保质量分析结果的精准性。在发展过程中，气相色谱技术在样品采集设备、氢气等高纯度气体制备、技术联用等方面持续取得成果，该技术的潜力作用将进一步被发掘出来。
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