氣相色譜法在石油質量分析中的應用

李盛宏

(中國檢驗認證集團珠海有限公司，廣東 珠海 519000)

作為不可再生資源的石油被廣泛應用于化工、科研、交通運輸等各領域，石油質量對于相關領域產品的安全性具有較大影響，直接關系到相關產品使用者的個人安全。然而，在發展過程中，各種調和油、摻假油、劣質油屢禁不止，石油質量分析成為人們所關注的重點話題。綜合對比現有的石油質量分析技術，氣相色譜法以其結果準確、操作簡單、推廣容易等優勢在行業中得到廣泛應用，將該技術應用到石油產品質量分析工作中，對于監督管控石油產品質量具有積極意義。

1 氣相色譜法基本情況介紹

氣相色譜法的流動相為氣體，其固定相可以為液體的氣液色譜法，也可以為固體的氣固色譜法。在實際應用時，氣相色譜法能夠通過儀器和相關技術實現對不易分解、易揮發物質的分離與分析，該技術的關鍵在于色譜柱中包含針對性的吸附劑，固定相為惰性位置以及流動相的氣體在色譜柱中流動[1]。在實驗過程中，工作人員需要利用色譜柱承接所注入的實驗樣品，借助流動相和固定相溶解或吸附實驗用品，最終形成不一樣的分配系數，在重復分配期間基于各成分在色譜柱內部運行速度的差異性最終以不同的順序流出，最終在檢測系統中生成相應的色譜圖，相關實驗流程如圖1所示。相對而言，該技術在分離石油產品成分的過程中具有極高的效率，能夠快速完成各混合物的檢測分析工作，具有廣闊的發展前景。

圖1 氣相色譜儀器示意圖Fig.1 Schematic diagram of gas chromatography instrument

1.2 石油質量分析中的氣相色譜技術分析

1.2.1 全二維氣相色譜法

GC×GC氣相色譜技術是以一維氣相色譜技術為基礎的技術方法，該技術應用過程中對油品的分離需要借助兩個色譜柱來實現，同時借助安裝于色譜柱中間的調制器實現對樣品的捕捉和傳送功能，在信息處理技術的支持下，使得信號強度與色譜柱保留時間構建的色譜圖為三維形態，對于石油產品中混合物的成分分析具有積極作用[2]。相對而言，全二維技術具有更高的峰容量、靈敏度和分辨率，在痕量檢測中也具有一定效果。其中，Blomberg等通過實驗對該技術在石油質量分析中的功能效果進行了驗證，認為該技術對于重催化裂解油、重汽油具有良好的分離效果，在詳細分析烴類型石油產品的組分時更加有效。

1.3 氣相色譜聯用

在石油質量分析過程中，將多種檢測技術聯合應用能夠進一步提升檢測結果的精度，常見的聯用技術主要有光譜與氣相色譜、氣質譜等。例如，趙力在對液化石油氣進行組分測定的過程中，借助GC-MS氣質譜聯用技術實現了對C1～C5組分的準確測定，其結構與標準數值相差極小，借助EI 離子源四極桿完成定性檢測工作，具有較高的精度和準確度；楊永壇聯用SCD、FID以及GC相關技術，實現了對催化柴油這一石油產品中硫化物組分的有效分析；劉穎榮等人借助AED與GC聯用以及MS與GC聯用對混合純烯烴這一汽油中樣品進行了檢測，準確測定了相關單體化合物的組分結構。相對而言，單純應用氣相色譜技術難以準確分析石油產品的各類組分具體情況，該技術作為一種分離定量技術，在油品分析過程中能夠有效聯合其他儀器設備共同分析，具有較強的發展潛力。

2 氣相色譜法在石油質量分析中的具體應用分析

2.1 柴油油品分析

2.1.1 實驗分析

在借助氣相色譜技術對柴油產品質量進行分析的過程中，工作人員需要在色譜柱中注入所采集的柴油樣品，在流動相、固定相接觸、融合期間，對柴油各組分的吸附情況進行記錄，準確掌握相關成分的含量相關信息，為后續的分析工作提供數據基礎。在定量測試期間，工作人員可以通過出峰的時序性完成對柴油組分的準確分析[3]。

2.1.2 實驗準備

為了確保實驗檢測工作的順利開展，工作人員需要提前準備色譜儀、色譜柱、進樣瓶、柴油樣品相關材料和儀器。

2.1.3 實驗條件

實驗條件需要符合一定標準，以此來確保檢測結果的精確性。為此，在操作過程中，實驗人員需要做好相關參數的精準檢測和調節工作，在借助分流進樣法操作期間，實驗人員需要將200 ℃設定為氣化穩定，相關檢測儀器則需要保持300 ℃的溫度，在溫度保持10 min的基礎上，則需要重復進行升溫加熱工作。當達到100 ℃氣化溫度時，工作人員需要持續開展 1 min的升溫操作，當達到200 ℃氣化溫度時，工作人員則需要持續開展20 min的恒溫保持工作，同時也需要以50 mL/min的標準做好氫氣在設備內部流量的控制工作，同時也需要以500 mL/min的標準控制空氣流量，并在色譜柱中注入準備期的純氮燃氣原料。

2.1.4 實驗流程操作

在實驗條件達到預期目標的情況下，工作人員需要開展檢測工作。首先，工作人員需要將300 mL蒸餾水倒入事先準備的燒杯之中，并注入1 mL的柴油樣品，在抽提式裝置上部安裝回流冷凝管并注入部分蒸餾水。其次，在上述操作的基礎上，借助冷凝管完成注水工作，在達到100 ℃水溫的情況下，工作人員需要做好數據信息的記錄工作。在加熱過程中，對于油量減少、油位下降等情況，工作人員可以適當停止加熱過程，并做好冷卻后的狀態觀察工作。在油位為0的情況下，工作人員需要及時讀取和記錄當前的數據信息，同時為后續操作做好油層存管工作。最后，在實驗期間，工作人員在設定自動進樣器相關參數的情況下為繪制色譜圖提供了有效幫助。通過不同容器放置油分，并適當添加蒸餾水，為后續的全面分析和結果驗證提供幫助。

2.1.5 油品分析實驗報告

實驗結果表明，柴油油品分析過程中應用氣相色譜技術能夠進一步增強提取柴油的精度，實現了實驗流程的簡化和工作效率的提升，有效確保了柴油品質的可靠性[4]。相對而言，提取時間與提取率兩者存在關聯，相關實驗結果數據如表1所示。

表1 油品分析數據表Table 1 Oil analysis data

結果表明，隨著提取時間的延長，柴油提取率提升，對于其中的殘余雜質進行了更準確的檢測，為相關后續分析危害性等提供數據支持。柴油相對其他石油產品更加復雜，往往混雜較多其他組分，在氣相色譜技術的支持下，工作人員能夠更有效地將柴油內部的各混合物分離，并在色譜圖的基礎上明確相關組分的具體情況，為后續深入的油品質量分析奠定基礎。

2.2 烴類、含氧化物、硫化物油品檢測

石油產品中往往蘊含大量不同的化合物，如酸堿氧化物、烴類物等，氣相色譜技術能夠更精準地完成烴類雜質在石油產品中的含量和類型，能夠有效劃分單環、飽和烴等各類化合物，對于甲苯、苯類物質的分離具有積極作用。含氧化合物通常會混雜在汽油產品之中，在借助氣相色譜技術對汽油進行油品質量分析過程中，工作人員將部分添加劑如醇類物質加入其中，能夠借助色譜儀更有效地分類相關化合物，對于明確相關化合物組分、提升汽油產品質量具有積極意義。石油內部往往蘊含較多具有強腐蝕性的硫化物，此類物質含量的增加對于石油質量具有嚴重影響。在借助氣相色譜技術分離提前硫化物的過程中，通常具有較高的分離效率和質量。

3 氣相色譜分析法在油品分析中的改進

3.1 油氣樣品采集器的改進

根據所采集油氣的存儲時間不同，可以將樣品采集實驗區分為儲存實驗和現場實驗。其中，現場實驗直接針對真空泵、管理系統進行油氣采集工作，能夠通過氣相色譜技術現場進樣檢測工作，能夠高效、精準的完成所采集油氣組分及含量的分析工作，測量工作不會因收集容器的變化而產生變化，但因操作過程相對危險需要做好相關防護工作[5]。然而，大多數情況下，相對危險的現場無法直接開展加熱、帶電等氣相色譜檢測工作，借助容器采集存儲油氣之后進行的儲存實驗應用更為廣泛。在實際操作時，采集油氣樣品的容器主要有采集袋和玻璃容器兩類，短時存儲適合應用玻璃容器，否則在長期存儲過程中，油氣將會與有機物材質的玻璃相融吸附，進而產生油氣損失情況，導致測量結果存在偏差。在實際應用過程中，相關單位對采樣器進行了改進，如彭清濤研究的全氟膜、鋁箔復合膜采樣袋能夠使得油氣樣品存儲得更加穩定，其穩定時長可以達到玻璃注射器采集器的六倍。

3.2 高純氫發生器在色譜分析中的應用

在常量分析過程中，氣相色譜儀對于空氣、氫氣、載氣等其他的雜志含量要求不高，實驗結果并不會因為氣體中的雜質受到嚴重影響。在痕量以及微量分析期間，實驗室需要做好相關氣體純度的空中工作，以此來確保實驗結果的精準性。工業制氫通常可以生產最高99.999%純度的氫氣，但依然無法滿足理想實驗檢測工作的需求，通常需要開展多次實驗進行分析。在高純氫發生器的幫助下，實驗室在氣相色譜檢測過程中，能夠有效制備99.9999%純度級別的氫氣，遠遠超出工業制氫純度的氫氣能有效滿足實驗室內的油品質量分析需求。相關實驗結果表明，借助該儀器生產的氫氣進行實驗室，能夠提升10%作用的檢查靈敏度，有效規避基線偏移、柱壽命減少、柱流失、假峰等問題。

4 結 論

綜上所述，氣相色譜技術對于石油質量分析工作具有積極意義，能夠幫助檢測單位簡單、快速、精準地完成石油相關樣品的分離工作，對于相關組分的定量、定性分析具有積極作用。在實驗檢測過程中，實驗室人員需要做好溫度、時間等實驗條件的控制工作，嚴格按標準做好各項實驗操作，確保質量分析結果的精準性。在發展過程中，氣相色譜技術在樣品采集設備、氫氣等高純度氣體制備、技術聯用等方面持續取得成果，該技術的潛力作用將進一步被發掘出來。