紅外光度法測定水中油的技術和應用

博海星源

礦物油是由烷烴、環烷烴和芳香烴組成的混合物。

早期的各種定量方法是測量混合物組分中某一特性基團的特殊吸收（發射），然后計算混合物組分的總量；一旦特性基團的相對含量發生變化，吸收系數將不可避免地相應變化，因此標準油的選擇不能長期統一。

新頒布的國標HJ637-2018水質石油和動植物油 選用三波長紅外光譜儀儀作為紅外分光光度法的統一方法。北京博海星源科技有限公司根據國家標準進行了以下研究。

EP3000B全自動紅外測油儀

1.三波長紅外光譜儀儀

1.1 什么是三波長紅外光譜儀儀？

礦物油是各種碳氫化合物的混合物，碳氫化合物有相同的系列，不能獲得結構單元和組成比例完全相同的樣品，也不能使用傳統的定量方法。

從化學結構上看，礦物油主要含29300cm-1（CH3）、 2960cm-1（CH2）、3030cm-1(芳香烴)三個基團。其組成中的任何化合物都可以由這三個基團組裝而成，因此礦物油中的上述三個基團的量可以分別測量，所有基團累積后總量可以獲得。

EP900紅外測油儀軟件工作

1.2 建立數學模型及其參數

根據吸收的加和性，三波數的吸光度A2930、A2960、A3030分別是三類基團吸收的分類匯總值，因此其原始數學模型為：

C＝x* A2930 y* A2960 z* A3030 （1）

C溶劑中礦物油的濃度，x、y、z 分別為CH2、 CH3、芳環的C-H鍵的吸光系數。由于脂烴基對芳香環的吸收疊加，雖然很小，但芳香環的吸光系數大（2），容易引起大誤差，需要引入校正系數FA3030修正：

C＝x* A2930 y* A2960 z*( A3030- A2930/F) （2）

這是三波長紅外光譜儀儀的基本數學模型。

理論上，吸收系數是一個特定的值，但隨著儀器的精度和操作條件的不同，儀器的值可以通過模型化合物的純物質來校準。分別準備豐富的CH(如正十六烷)， CH3(如鯖烷或異辛烷)、芳環(如甲苯或苯)基團的單一標準溶液x，y，z：在3400-1～2400cm-紅外光譜儀儀掃描在1之間，紅外光譜儀儀見圖1。

圖一

逐個量取3030 cm-1、2960 cm-1、2930 cm-13處的吸光度，依次代入(2)型，得到三聯方程組，其中F為正十六烷A2930/ A3030值。

在特定條件下，x、y、z、F保持穩定，我公司使用EP900紅外測油儀的響應系數見表2。

1.3 系數驗證和適應性檢驗

回收率試驗分別用國家標準樣品和自配B重油樣品驗證校正系數，結果見表3。

試驗結果表明，校正系數的平均回收率為96.7%，相對誤差為-0.能滿足實際測量要求的5%~-5%。

三波長紅外光譜儀儀充分考慮了鏈烷、環烷和芳香烷的共同影響，能夠適應混合烴的測定，避免標準油問題，具有很大的優勢。其對碳氫化合物組成比例變化的適應性驗證見表4。

表4顯示，三波長紅外光譜儀儀對各種碳氫化合物組成甚至極端比例的樣品都有很好的響應，不需要在每次測量樣品前提取或準備標準油，充分顯示了該方法對樣品中烴類成分變化的獨特適應性。

2 、討論問題和技術應用

2.1 問題討論

雖然近紅外光源與中紅外光源之間沒有嚴格的界限，但非分散器使用近紅外光源來測量中紅外光源的信息（近紅外光區邊緣），能量弱，靈敏度低，特別是對芳環的響應（大型儀器，見表2）。建議國內三波長油測量儀使用中紅外光源，以進一步提高儀器的靈敏度。

理論上，三波長紅外法并非絕對準確，

在實際應用中，復雜樣品的吸收往往會產生一定的紅色或藍色移動，選定的波長不能保證組分的峰值吸收。例如，芳環的吸收波通常是3030~3070cm-1.因此，吸光度的量不應機械地設定為某一波數點，而應認為波數處相應的吸收峰值，否則吸光度取決于峰腰甚至峰腳，會導致測量結果普遍較低。

如果條件允許，可以考慮用積分吸光法代替吸收高峰法定量，這不僅可以提高測量精度，還可以有效防止吸光值不到位。

光度分析在A＝0.3≈0.6范圍內誤差小，最佳吸光率為0.43。芳環中C－H鍵的感度遠小于CH3、CH2.吸收系數Z的準確性對測定結果有顯著影響；F＝A2930(正十六烷)/A3030(正十六烷)，正十六烷不含芳環，A3030很弱，太小A3030容易給F計算帶來很大的誤差。因此，在校準中X、Y、Z、F系數不必局限于國家標準規定的濃度；模型化合物的濃度應根據儀器響應情況適當調整，保持A在適當的吸收范圍內，以獲得準確的儀器系數；模型化合物的濃度僅供解聯立方程組使用，其值不需要調整，應注重準備。

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