第11章 原子光譜在石油及其加工產品分析中的應用

作者：鄧勃、尹洧

11.1 概述

能源是國家實現可持續發展的的戰略物資和必要條件。石油、天然氣、油頁巖等是重要的能源。以石油和天然氣為原料的石油化工和輕工產品為國家的經濟建設和人民的正常生活需要提供了豐富的物質資源。

在油品煉制、石油加工的生產過程中,從原材料驗收、生產過程的質量控制、產品出廠檢驗的各環節,都涉及金屬與非金屬元素的檢測。石油及石油產品中金屬和非金屬元素含量的多少是評價煉油工藝及其產品質量的重要指標之一。目前從原油中鑒定出的金屬與非金屬元素約有30多種,主要有Fe、Na 、Mg、 Ni、 V、 Ca、Pb 、Mo、Mn、Cr、Co、Ba、Zn、K、As、Al、B、Zr、Pd、Cd、Si等。這些元素當中，有些是石油中天然存在的，有些是在石油開采、加工儲運及使用過程中引入的的污染（如催化劑中活性金屬在反應過程中的損失,設備的腐蝕、磨損,導致金屬進入石油產品），有些則是為提高產品收率，改善石油產品的性能，以添加劑形式特意加入油品中去的添加劑或填料（如潤滑油中添加有機金屬化合物改善防腐、抗氧化、抗磨、抗壓等性能，汽油中添加烷基鉛化合物或二茂鐵、甲基環戊二烯三羰基錳等茂金屬化合物以提高其抗爆性能）等。這些金屬和非金屬元素，其中某些元素 (如As、Ni、V)，在石油加工過程中是十分有害的雜質，當其在催化劑中含量達到一定水平將導致催化劑失活。對石油及其加工產品中痕量金屬和非金屬元素的分析檢測，對判斷催化劑的活性及其使用時間，合理選擇添加劑的加入量，考查設備的磨損情況，科學合理、環保使用資源，改進加工工藝，保證和提高產品質量，開發新的石化產品都具有重要意義。

原子光譜法由于高選擇性、高靈敏度、低檢出限、多元素的同時檢測能力等優點，在痕量金屬和非金屬元素分析檢測中起著重要的作用，是檢測痕量元素的有效手段。早在上世紀六十年代初，Pforr和Aribot首先將ICP-AES法用于石油樣品的測定，將油樣用汽油稀釋后導入等離子體進行光譜測定。1972年，S.Greenfiled和P.B. Smith用小型加熱霧化器將微升級樣品引入等離子體內，建立了同時測定無機、有機溶液中多元素的方法，檢出限為l0⁻⁹ ~10^−10g，測定含量為10⁻⁹水平的樣品，精密度RSD為5%。方法已成功用于油、有機化合物和血樣中的痕量金屬測定^[1]。1976年 V.A.Fassel等用4-甲基-2-戊酮稀釋潤滑油后直接將樣液注入等離子體內，在1.5min 內用ICP-AES同時測定了軸承磨損留在潤滑油中15個痕量金屬元素，檢出限為0.0004~0.3μg/mL^[2]。J.W.Robinson用原子吸收光譜法直接進樣測定了汽油中的鉛，不受汽油中硫、氮含量變動的影響和共存組分的干擾^[3]