硫氮分析儀檢測表活劑濃度的方法探討

孫剛，潘峰

中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院(黑龍江大慶163712)

硫氮分析儀檢測表活劑濃度的方法探討

孫剛，潘峰

中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院(黑龍江大慶163712)

利用硫氮分析儀來檢測表面活性劑樣品中硫、氮的含量，從而確定表面活性劑的濃度。對比研究了不同預估濃度的某表面活性劑樣品，采用硫含量測定法和氮含量測定法的測量精度。結果表明:對于預估濃度較高的該表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量測定法能有效提高測量的精確度，測量誤差低于8%。對于預估濃度較低的該表面活性劑樣品溶液(濃度≤0.4%)，雖然細分標準曲線可使測量誤差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量測定法能有效提高測量的精確度。同時也論證了采用硫氮分析儀檢測表面活性劑濃度的方法可行性

硫氮分析儀;標準曲線;表面活性劑檢測

隨著二元、三元復合驅在油田的推廣，表面活性劑的應用也是越來越廣[1-3]。在表面活性劑的配置、稀釋、注入過程中以及在化學驅的產出液處理中，都需要準確知道表面活性劑的濃度。不同類型的表面活性劑的檢測手段不同，包括滴定法[4-8]、表面張力法[4-8]、穩態熒光探針法[9]、分光光度法等[10-11]。對于含有硫或氮元素的表面活性劑，筆者嘗試利用硫氮分析儀來檢測。通過檢測硫或氮元素的含量，最終確定表面活性劑的濃度。同時，對不同預估濃度的表面活性劑樣品，選取合適的硫或氮標準曲線，能夠提高檢測結果的精確性。結果表明：對于預估濃度較高的某表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量測定法能有效提高測量的精確度，測量誤差低于8%。對于預估濃度較低的該表面活性劑樣品溶液(濃度≤0.4%)，雖然細分標準曲線可使測量誤差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量測定法能有效提高測量的精確度。同時也論證了，硫氮分析儀的測量方法可用于含硫或氮的表面活性劑的含量檢測。

1 實驗

1.1 儀器分析原理

表面活性劑樣品在1 050℃高溫下完全氧化，N、S元素分別以氣態NO和SO2經薄膜干燥器進入檢測器進行定量分析。其中，NO與板上臭氧發生器產生的O3接觸生成NO2。該物質分解時，發出特征光量子，并由光電倍增管按特征波長檢測，該化學光強與樣品中的氮含量成正比。此方法只能檢測化合的氮，不能檢測氮氣。SO2受到特定波長的紫外線照射，硫元素一些電子吸收射線后，躍遷到激發態。當電子返回到基態時，釋放出特征光量子，由光電倍增管按特定波長進行檢測。發射的熒光強度與樣品中硫的含量成正比。

根據硫氮分析儀原理可知，表面活性劑濃度與其中的氮或硫的發光強度成正比，可通過繪制標準樣品的內部校正曲線，對比分析得到未知樣品的氮、硫含量，從而確定表面活性劑的濃度。

1.2 操作步驟

1)標準溶液的配制。采用已知濃度的表面活性劑溶液和去離子水進行配制。配制前將表面活性劑母液攪拌10min，然后將母液精確稀釋為20%、15%、10%、5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、0.05%的待用標準溶液，并存放在45℃的振蕩床內，振蕩6h以上，保證樣品溶液溶解均勻，待用。

2)儀器開機調節：①將加熱爐溫度設置為1 050℃;②將樣品舟送入加熱爐灼燒至少2min，以除去殘留的氮化物和硫化物。

3)標準曲線的繪制：①標定20%的標準溶液，用標準溶液沖洗微量注射器多次后，準確抽取5μL標準溶液，立即注入樣品舟中;②待信號基線響應保持穩定后，運行儀器程序，儀器將自動采集標準溶液濃度數據點;③重復測定，使積分值穩定至少3次;④重復①～③，分別對15%、10%、5%的標準溶液進行數據點采集，儀器自動繪出5%～20%的標準曲線;⑤0～0.2%標準曲線、0.2%～0.4%標準曲線的標定與5%～20%標線標定步驟相同。

4)試樣的測定：用待檢測表面活性劑溶液多次清洗微量注射器后，準確抽取5μL樣品，注入樣品舟中，待信號基線響應保持穩定后，運行儀器程序，自動采集待測表面活性劑溶液濃度數據點。重復測定3次，取平均值。

1.3 實驗方法

實驗儀器可同時檢測硫、氮元素的特性，分別給出標準曲線和測量結果。對不同濃度，不同類型的表面活性劑樣品，應選取合適的標準曲線，使檢測結果誤差最小。為此，對測試樣品濃度進行劃分，形成了3個濃度區間。其中，高濃度區間為5%～20%;低濃度區間細分為0～0.2%和0.2%～0.4%2個區間。目的是根據不同的樣品預估濃度，選取對應的檢測方法，提高測試精度。

2 結果與分析

2.1 高濃度表面活性劑檢測

2.1.1 標準曲線

氮、硫含量測定法的標準曲線如圖1和圖2所示。其中，峰值面積是一個由儀器自動運算得出的積分值。參與運算的參數包括電壓值，測量時間，靈敏度值，放大倍數等。在儀器操作過程中，可通過設定相關的參數數值，自動獲得峰值面積。

2.1.2 樣品濃度檢測

配制7個樣品：其中3個為配制的標準樣品，4個為配制的已知濃度待測樣品。每個樣品均檢測2次，取平均值，將該值與配制濃度對比，計算檢測誤差。檢測結果如表1所示。

由表1可知，氮含量測定法在繪制標準曲線的檢測誤差要大于其余配制樣品的檢測誤差。原因在于繪制標準曲線的過程中，同一濃度表面活性劑的氮峰面積檢測值不穩定，繪制的標準曲線是各個散點的趨勢線。在實際檢測過程中其誤差最大。

氮含量測定法對不同濃度的表面活性劑樣品的檢測誤差在34%以內。硫含量測定法的檢測誤差均在8%以內。因此，在檢測高濃度表面活性劑樣品時，采用硫含量檢測法的測量精度更高。誤差范圍在8%以內。

2.2 低濃度(0～0.2%)表面活性劑檢測

2.2.1 標準曲線繪制

氮、硫含量測定法的標準曲線如圖3和圖4所示。

2.2.2 樣品濃度檢測

配制7個樣品：其中4個為配制的標準樣品，3個為配制的已知濃度待測樣品。每個樣品均檢測2次，取平均值，將該值與配制濃度對比，計算檢測誤差。檢測結果如表2所示。

由表2可知，在檢測低濃度(0～0.2%)的表面活性劑樣品時，2種檢測方法的誤差均很大。其中氮含量檢測法誤差在40%范圍內，硫含量檢測法誤差在50%范圍內。氮含量檢測法的誤差相對較小。

2.3 低濃度(0.2%～0.4%)表面活性劑檢測

2.3.1 標準曲線繪制

氮、硫含量測定法的標準曲線如圖5和6所示。

2.3.2 未知樣品濃度檢測

配制6個樣品：其中3個為配制的標準樣品，3個為配制的已知濃度待測樣品。每個樣品均檢測2次，取平均值，將該值與配制的標準濃度對比，計算檢測誤差。檢測結果如表3所示。

由表3可知，在檢測低濃度(0.2%～0.4%)的表面活性劑樣品時，2種檢測方法的誤差均很大，都在30%范圍內。氮含量檢測法的檢測誤差相對較小一些。

造成該樣品低濃度的測量誤差較大的原因主要是：氮或硫含量測定法的峰值面積均不穩定，繪制的標準曲線仍是各個散點的趨勢線。分析造成峰值面積不穩定的主要因素有：表面活性劑的類型;氮或硫含量測定法的選取;此外，樣品濃度較低時，測量結果的小波動易對測量精度造成較大影響。

綜合0～0.2%和0.2%～0.4%2段低濃度區間的檢測結果可知，氮、硫含量檢測法均存在一定的誤差，氮含量檢測法的誤差相對要小一些。同時，細分低濃度區間(0～0.4%)，雖在一定程度上能提高測量的精度，但提高幅度有限。因此，在實際檢測過程中，對于低濃度區間(0～0.4%)的該表面活性劑樣品，可采用低濃度區間(0～0.4%)一條標準曲線進行測量。

3 結論

1)硫氮分析儀可用于檢測含硫或者氮元素的表面活性劑樣品的濃度。

2)對于濃度較高的該表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量檢測法能提高測量精度，誤差范圍在8%以內。

3)濃度(0～0.2%)的該表面活性劑樣品溶液，氮含量檢測法誤差在40%范圍內，硫含量檢測法誤差在50%范圍內。氮含量檢測法的誤差相對較小。

4)濃度(0.2%～0.4%)的該表面活性劑樣品溶液，2種檢測方法的誤差均很大，都在30%范圍內。氮含量檢測法的檢測誤差相對較小一些。

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The content of sulfur or nitrogen in a surfactant sample was detected by sulfur nitrogen analyzer，so as to determine the concentration of the surfactant.For the sample of a surfactant with different concentrations，the measurement accuracies of the surfactant concentration obtained by detecting sulfur and nitrogen separately are studied and comprised.The results show that for the surfactant solution samples of higher concentration(concentration is more than or equal to 5%)，the sulfur content determination method can effectively improve the measurement accuracy，the measurement error less than 8%;for the surfactant solution samples of lower concentration(concentration is less than or equal to 0.4%)，two kinds of detection methods have great error，the measurement accuracy of nitrogen content determination method is relatively high.The measurement error can be slightly decreased by standard curve segmentation，but the decline is little.It is verified that the determination of surfactant concentration by detecting sulfur or nitrogen content in the surfactant using sulfur nitrogen analyzer is feasible.

sulfur nitrogen analyzer;standard curve;surfactant detection

尉立崗

2015-04-27

孫剛(1975-)，男，現主要從事三次采油研究工作。