高效液相色谱技术在石油化工中的应用.pdf
第 4 0卷第 1 期 2 0 1 1 年 1月 应用化工 Ap p l i e d Ch e mi c a l I n du s t r y Vo 1 . 40 No .1 J a n . 2 Ol 1 矿 碣 2 专论与综述2 眵 、 扩 旁、 妒、 、 护 、 高效液相色谱技术在石油化 工中的应用 陈刚 ,王军 ,黄程。 1 . 陕西延长石油 集团 有限责任公司 研究 院。 陕西 西安7 1 0 0 7 5 ; 2 . 陕西省石油化工研究设计院 , 陕西 西安7 1 0 0 5 4 ; 3 . 湖南大学 化学与化工学院 , 湖南 长沙4 1 0 0 8 2 摘要 综述了近年来高效液相色谱 H P L C 技术在石油化工生产的原料及其产品分离分析中的应用研究进展, 表 明H P L C在分离难挥发化合物和复杂混合物以及多环芳烃中具有分离效果好、 速度快和重现性好的优势, 与各种 检测方法的联用使该技术在石油化工中的应用前景广阔。 关键词 高效液相色谱; 石油化工; 分离; 应用 中图分类号0 6 5 7 . 7 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 1 0 1 0 1 2 8 0 4 Hi g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o ma t o g r a p h y a p p l i c a t i o n s i n t h e p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y C HE N G a n g 、 , WA NG J u n , HU A NG C h e n g 1 . R e s e a r c h I n s t i t u t e , S h a a n x i Y a n c h a n g P e t r o l e u m G r o u p C o . , L t d . , X i ’ 肌 7 1 0 0 7 5 , C h i n a ; ‘ 2 . S h a a n x i R e s e a r c h De s i g n I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m a n d C h e mi c a l I n d u s t r y , Xi ’ a n 7 1 0 0 5 4, C h i n a ; 3 . C o U e g e o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g , H u n a n U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 8 2 , C h i n a A b s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n o f h i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o ma t o g r a p h y H P L Ct e c h n i q u e i n t h e s e p a r a - t i o n a n d a n a l y s i s o f o i l a n d the i r p r o d u c t s wa s r e v i e w e d . r h e p rog r e s s i n p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y i n d i c a t e s t h a t HP L C h a d a d v a n t a g e s o f g o o d a n d r e p e a t a b l e s e p a r a t i o n w i t h f a s t s p e e d i n the a n a l y s i s o f c o mp l e x mi x t u r e , v o l a ti l e c o mp o u n d s and p o l y c y c l i c a r o ma t i c h y d r o c a r b o n s . As s o c i a t e d w i th a v a r i e t y o f d e t e c t i o n me tho d s , I- I P L C h a d wi d e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s i n t h e p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y . Ke y wo r d s HPLC;p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y;s e p a r a t i o n;a p p l i c a tio n 液相色谱 L C 技术近几十年来发展迅速 , 尤其 是高效液相色谱 H P L C , 因其具有高效 、 快速的分 离能力和高灵敏度的检测能力而广泛应用于生物医 药、 石油化工、 食品、 环保和检验检疫等多个领域 , 成 为最为活跃的分析技术之一。从石油开采、 炼制到 产品质量控制的整个过程中都离不开色谱, 其中针 对饱和烃、 简单芳烃类和永久性气体分析 , 气相色谱 G C 的应用已众所周知, 而对于更宽沸点范围的饱 和烃、 稠环芳烃 、 胶质、 沥青质等复杂混合物的分析 , L C则因其较强的适应性 , 逐渐成为不可替代的分析 手段。近几年来 , H P L C在油品分析, 尤其是在石油 中多环芳烃、 重质烃的测定 方面取得 了突破性的进 展 。本文从石油炼制和石油化工产品分析两大方面 对 H P L C的应用研究进展作 简要的论述 , 以使该技 术 发挥更大 的作用 。 1 HP L C在石油炼制中的应用 原油是石油化工生产 的源头, 原油的族组成对 于后续加工工艺选择有十分重要的影响。原油的简 单族组成分析是将其分为饱和烃、 芳烃 、 胶质和沥青 质四种组分 , 原油越重 , 组成越复杂。针对原油中沥 青和重质油族组成分析的常规四组分法广泛采用溶 剂沉淀 , 冲洗吸附色谱⋯ , 是 L C在石油化工中应用 的开端, 美国试验材料协会 A S T M 将四组分法作 为推荐的标准方法 J 。在此基础上, 石油化工科学 收稿 日期 2 0 1 0 . 1 1 - 0 2 基金项目 国家科技支撑计划项 目 2 0 0 7 B A B 1 7 B 0 0 作者简介 陈刚 1 9 8 0一 , 男, 陕西L 【 j 阳人, 陕西延长石油 集团 有限责任公司研究院工程师 , 博士, 从事石油化工分析研 究 。电话 0 2 9 8 8 8 6 8 9 2 0 , Em a i l g e h e n 5 2 1 1 6 3 .c o m 第 1 期 陈刚等 高效 液相 色谱技术在石油化工 中的应用 1 2 9 研 究 院针对我 国重 质 油特 点 , 对 四组 分 法 进 行 了改 进, 李萍等 对石油 沥青 质进行 了深 入分析 , 建立 了六组分、 八组分 、 十一组分法 。然而 , 这种依赖经 典的柱色谱法 , 不仅分析流程长 , 并需消耗大量的溶 剂和吸附剂。 S u a t o n i 和 S w a b首 先 在 四 组 分 分 析 中 引入 了 H P L C法 , 从而将经典 色谱 分析方法改 为分两步进 行l 4 J 。最初的 HP L C是用硅土或矾土柱分离轻质石 油组分 , 后来发展成采用键合相 H P L C柱分离重质 石油组分。该方法 比 A S T M方法分析速度快、 重复 性好 、 容易 自动控制 。在我 国石油天然气行业标准 S Y / T 0 6 2 7 -- 1 9 9 3中。 就 己经开始 采用 了 H P L C对 原油进行族组成分析 , 首先用正己烷抽提原油 , 将可 溶物用氰基柱分别在示差折光和紫外检测器下测定 饱和烃、 极性物, 并计算出芳香烃含量。 随着石油资源深度开发 的进程 , 油品重质化和 劣质化趋势加快 , 这对广泛应用 的催化 裂化工艺是 极大的考验 , 尤其是对重质油的组成分析, 成为控制 流化催化裂化 和加氢工艺条件的基础 , HP L C也开 始巩固其地位 。 王素琴等 采用 H P L C法 , 键合相氰基色谱柱 , 以正己烷为流动相 , 定量地分析 了原油及渣油 中族 组成含量。色谱柱在分离前往往都需要先将沥青质 除去 , 沥青质在饱和烃洗提过程 中的吸附和沉淀对 定性定量结果影响很大。中国专利 C N 1 0 1 2 2 6 1 7 6 A 介绍了一种用 H P L C分析沥青质的方法 , 采用 H S G 一 1 0及 H S G . 1 5混合固定相 , 四氢呋喃与醇形成混合 流动相进行沥青质分离, 分辨率高 、 重复性较好 , 可 表征多种沥青质 的性 能及结构特征 。成跃祖等 用氨基柱, 以正庚烷和混合溶剂作为流动相 , 以示差 折光和紫外双检测器快速测定了沥青和渣油的族组 成 , 并验证 了方法的准确度。但 由于重组份中极性 胶质具有很强的吸附, 色谱 峰形较差使定量较为 困 难。而应用反冲色谱柱技术可以有效地分离测定原 油及其重质组分 、 渣油中的胶质含量 , 从而解决了以 往胶质难以直接分离定量 的问题 , 对于胶质中的化 学组分的分析及结构特征的研究均具有一定的实用 价值 】 。H P L C阀切换反冲技术在氰基柱上成功实 现 了原油 中的重 质组 分 尤 其 是胶 质 含 量 的分 析 , 通过对使用极性和非极性两种溶剂反冲洗的比较研 究 , 认为使用极性溶剂测定更加准确。成跃祖 还 研究了化学键合相高效液相色谱结合反冲技术分析 原油烃族组成的色谱条件 , 对 4种 国产原油进行 了 烃族 组成分 析 。 俞鹏程等l J 。 ‘ 在选择典型分子并对其测定校正 因子和切片分类后 , 实现 了用 H P L C对掺有渣油的 催 化裂 化原料 油 中 的芳 烃 类 别 的 测定 , 并 提 出 了饱 和烃、 一环芳烃和二环芳 烃是理想的催化裂化原料 油, 分析 了其组 分与 汽柴油 收率 的关系。苟爱仙 等 以正己烷 、 二氯 甲烷为流动相, 用多维高效液 相色谱技术及适宜 的梯度淋洗条件 , 实现了渣油各 烃族 良好 的分 离和 检测 。 H P L C结合 多种检 测 方 法对 于 石油 化工 生 产分 析的研究近年来发展迅速。P a s a d a k i s 和 V a r o t s i s 用 带折光率检测器的 HP L C法定量测定了重石油馏分 中脂肪烃和芳香烃- l 。张大伟 副建立 了 H P L C结 合蒸发光散射检测 E I _ S D 技术快速测定 V G O馏分 油烃族组成 的新方法 。O l a j i r e等 用组合 的光谱 分析技术研究了重渣油中的芳烃组分, 样 品经过各 种色谱分离后 , 可用红外光谱对芳香族化合物进行 研究 , 而用 紫 外 光 谱 研 究 多环 芳 烃 的种类。S a r o w h a l l 用一种优化的 H P L C法 , 结合示差折光和紫 外检测器 , 对石油的重馏分进行表征 , 并用质谱进行 了数据比较 , 表明饱和组分含量随着馏分变重而不 断减少 , 芳烃组分 的含量随着馏分变重而不断上升, 指出测定单环芳烃时紫外检测最佳波长为 2 1 0 n m。 用 H P L C . 紫外二极管阵列检测器根据保留时间和光 谱 图特征也可以精确地测定重石油馏分 中的芳香族 类化合物 。李勇志等 采用制备液相色谱与同 步荧光光谱检测器结合技术 , 快速分离 了减压瓦斯 油、 焦化蜡油和重循环油 , 给 出了其 中的饱和烃、 单 环芳烃 、 二环芳烃 、 多环芳烃和胶质等族组成信息。 HP L C不仅可 以用于原料 油的族组成分析 , 同 样也 可 以进行 沸 点 和分 子 量分 布测 定。张 昌鸣 等 副建立了一种液相色谱测定煤、 石油衍生重质油 类产物的沸点分布方法 , 四氢呋喃为流动相 , 所需样 品处理量小 , 操作迅速易重复。采用 H P L C模拟蒸 馏结合 E L S D法 , 可测定重油中的从 中到高沸点馏 分 , 其中的不可蒸馏组分能直接测定而不需要 内标 , 该方法和 G C模拟蒸馏的结果一致H 引。通过 H P L E 方法, 以正构烷烃为标准物建立的重质馏分油的分 子量分布校正曲线 , 经过面积归一化 , 可得到实际油 样的各个分子量分布范围的百分含量 。 在石油炼制过程 中, 溶剂抽提是油品精制使用 的一种较为普遍的工艺。HP L C是分析这些抽提溶 剂质量的另一 种选择。Ⅳ 一 甲基吡咯烷酮 N MP 是 一 种优 良的润滑油精制的溶剂, 马慧贤等 建立一 种用反相高效液相色谱分析测定 N MP 。 的方法 , 对摸 索 N MP精制润滑油的一些规律具有重要的意义。 2 HP L C在 石油化工产品分析中的应用 G C对于汽油产 品的分析应用广泛, 尤其是烃族 组成和单环芳烃等 , 但 H P L C也能实现分离功能, 陈 应用化工 第 4 O卷 官鹏等 尝试用 H P L C测定汽油中芳烃, 可同时给 出C 一C , 。 芳烃含量及部分异构体含量, 操作简便分 析速度快。何志勤 采用硅胶柱串联氨基柱作固 定相, 正已烷作流动相 , 示差折光检测器对石脑油 中 烷烃和芳烃含量进行测定 , 该方法准确 、 简便、 快速 , 测定仅需 9 ra i n , 优于 G C方法。 对于较重油品中的芳香烃类化合物 , H P L C是 较为适宜的方法。很早就有研究 报道, 用 H P L C 研究石油等重质油品中的稠环芳烃, 效果很好。近 些年来, 用 H P L C对柴油及其它油品中多环芳烃分 离研究 已得 到广泛 的应用。J o r i k o v a 综述 了用 H P L C技术分析柴油和石油烃类组成的设备和分离 条件 , 重点阐述了多环芳烃的测定。Y a ma z a k 用 H P L C定量测定煤油和柴油中的芳香烃类化合物, 并指出 H P L C更适宜于在其中进行芳烃的制备。采 用氨基柱和氰基柱双柱切换 H P L C分离 , 以正 己烷 和二氯甲烷为流动相 , 移动丝氢火焰检测器定量快 速分析柴油中的饱和烃与烯烃总量 、 单环芳烃、 双环 芳烃、 多环芳烃和胶质【 2 , 解决 了以往方法 中样 品 颜色深、 胶质难洗脱 , 定量误差大的不 足。唐成 国 等 ’ 选用硅胶键合氨基固定相和正己烷流动相体 系的 H P L C方法测定了煤油中的芳烃, 可 以分离出 样品中的单环芳烃 烷基苯 、 双环芳烃 萘类、 联苯 类 及三环芳烃 蒽及菲类 。P e i 等 副在前人工作 的基础上发展了用 HP L C制备分离润滑油基础油的 方法, 将基础油经过多步分离成饱和烃 、 芳烃 、 多环 芳烃、 碱性化合物 、 酯和酚及酸性物等 , 为分析鉴定 基础油分 子量分 布 和组成 奠定 了基础。苟 仙 爱 等 研究了用 H P L C测定润滑油烃族组成的分析 方法 , 采用色谱柱串联方式将润滑油分离为饱和烃、 单环芳烃 、 双环芳烃及多环芳烃 , 用 F I D烃分析检测 器检测。钱华等 引同样用 H P L C对润滑油基础油 的化学族组成进行了分离分析, 以键合氰基柱和硅 胶柱双柱切换的方式 , 正 己烷为流动相 , 示差折光检 测器检测 , 得到了不同产地和馏程的基础油烃类的 族组成。 填充毛细管液相色谱 P C H P L C 一 高温气 相色 谱 H T G C 联用方法 。 是近几年才有商品化仪器 的方法 , 特别适合于油品分析。它采用微填充毛细 管液相色谱柱对样品进行族分离 , 具有分离效率高 、 流动相流速低 1 ~5 t x L / m i n 、 可柱上检测的特点; 接 口能精确地切割和储存各 组分 ; 用 G C进行检测 分析, G C的不分流大体积柱内进样 , 免除了沸点歧 视和进样重复性差等问题 , 保证 了联用分析的准确 性和重复性。采用该联用技术可以对润滑油 、 柴 油 等进行全组分分析。 除 了对石油产品烃族组成分析外, 许多石油化 工产品添加剂也都大量使用 H P L C方法。 润滑油在使用过程 中可能发生缓慢地氧化、 缩 聚等反应 , 使油品劣化 , 加入抗氧化剂可以阻断氧化 反应过程 , 提高抗氧化性能。K e l l e r 等 利用反相 H P L C分 离 制备 了润滑 油 中抗 氧 剂苯 基一 l 一 萘胺、 4, 4 , 7 一 二辛基二苯胺及其氧化产物 , 并用 M S定性 和 G C定量。G r o s s e t 等 采用 5 C 1 8 柱分离, 水- 甲醇梯度洗脱 , 电化学检测器检测 , 分离分析了润滑 油中 1 2种抗氧剂 , 该方法 的检测限可低达 n g 级。 在各种塑料 、 橡胶等聚合物生产过程中, 通常都 需要加入添加剂 , 包括抗 氧化剂, 热稳定剂 , 光稳定 剂, 染色剂 、 润滑剂和增塑剂等。H P L C在这些添加 剂的分离和分析方面因能不破坏被分析物的结构和 适应不挥发样品而 比 G C有更大灵活性。N i e l s o n 对 用 H P L C对高、 低密度 的聚乙烯 中的添加剂进行了 定量分析, 并对 H P L C分离过程 中的影响因素进行 了评述 铘] 。孟平蕊等 用超声波提取 P V C塑料 中的各种光稳定剂并用 反相 H P L C进行了分离检 测 , 这是一种比较简便 、 快速、 准确的定性定量分析 方法。Mc mo 等 通过 HP L C分析了聚烯烃的两 步微波提取物中的各种典型的添加剂, 分离效果好。 3 结论 H P L C技术在复杂原料油、 重质油和石油化工 产品及其添加剂的分离和组成分析方面保持了样品 原来的结构和性质 , 样品无损失可回收, 能够替代经 典的 L C法 , 实现快速分离分析 的目的, 在石油化工 生产和产品分析 中有着重要的应用价值。结合各种 新型检测技术与多维分析模式的应用 , H P L C在定 性、 定量的准确性上会有很大提高, 应用也会更加广 阔。 . 参考文献 [ 1 ] C o r b e t t L W. 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