拉曼光譜用于石油產(chǎn)品質(zhì)量的分析原理
石油產(chǎn)品包括汽油、柴油、噴氣燃料、潤滑油、齒輪油、液壓油等產(chǎn)品, 它們主要由飽和鏈烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及各類添加劑調(diào)和而成。石油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)主要由其化學(xué)組成種類和含量決定, 同時其拉曼光譜由自身化學(xué)成分的官能團決定。據(jù)此可知,石油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與拉曼光譜之間存在一定關(guān)系, 可以利用該關(guān)系測定石油產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo), 這是拉曼光譜用于檢測石油產(chǎn)品質(zhì)量的理論依據(jù)。每一類官能團的分子振動種類不同, 拉曼位移不同, 其拉曼信號特征不同。各類石油產(chǎn)品化學(xué)組成和含量有明顯的差異, 導(dǎo)致了其拉曼光譜不同, 可以利用拉曼信號的特征峰, 定性分析石油產(chǎn)品組成或種類。

拉曼信號與石油產(chǎn)品的化學(xué)組分濃度之間存在如下關(guān)系：其中I為拉曼信號強度；K為拉曼散射截面積；φ為激光人射率；C為物質(zhì)濃度。k0、k分別為入射光和散射光的吸收系數(shù)；z為入射光和散射光所通過的距離；h（z）為光學(xué)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)；b為樣品池的寬度。從式可以看出, 在給定條件下, 散射光的吸收強度與濃度成正比, 可以利用該關(guān)系確定石油產(chǎn)品化學(xué)組分含量。石油產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)與化學(xué)組分之間存在一定線性或非線性關(guān)系。因此, 利用不同的化學(xué)計量學(xué)方法線性關(guān)系采用偏最小二乘、非線性關(guān)系采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò), 結(jié)合拉曼光譜信號, 測定石油產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo), 這是拉曼光譜定量分析石油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的理論依據(jù)。

拉曼光譜技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用
涉及的領(lǐng)域基本覆蓋了石油化工各領(lǐng)域見表, 包括烴族組成分析、燃料質(zhì)量指標(biāo)檢測、輸油管線油品混油監(jiān)控和油品在線調(diào)和。

烴類組成分析
采用傅立葉拉曼光譜定量測定混合燃料無鉛汽油、超無鉛汽油和柴油中各燃料組分含量。拉曼技術(shù)被成功用于測定醇類甲醇、正丙醇, 異丙醇、正丁醇、一丁醇、異丁醇、叔丁基醇、叔丁基苯甲醇各醇含量以及醚類混合物中各醚含量。
分析燃料芳烴含量。

汽油質(zhì)量檢測
采用拉曼光譜技術(shù)分析汽油辛烷值。測定乙醇燃料中乙醇含量 , 分析精度與色譜方法相當(dāng)。測定重整汽油硫含量、烯烴、芳烴、苯含量、餾程、附加總空氣污染物, 揮發(fā)有機碳和氮氧化物。測定汽油辛烷值。

柴油質(zhì)量檢測
分析石油公司的柴油樣品的十六烷值和十六烷值指數(shù), 分析柴油的十六烷值指數(shù)、密度、粘度、餾分和總硫含量, 測定生物柴油礦物柴油調(diào)和燃料中生物柴油含量。

航煤質(zhì)量檢測
分析航煤組成和微量組分。分析航空燃料的烴族組成和添加劑, 定量測定航煤閃點、初餾點、蒸發(fā)溫度、終餾點、總芳烴含量和粘度

輸油管線油品混油監(jiān)控
燃料運輸時, 通常采用混輸方式, 可以節(jié)省輸油管線。混輸指同一管線可以輸送不同種類、不同牌號的燃料。通常采用密度法和介電常數(shù)來判斷輸油管線是否混油。采用拉曼光譜技術(shù)來判斷燃料種類。該技術(shù)利用不同燃料拉曼光譜特點進行判斷。首先根據(jù)熒光干擾確定燃料類型。鍋爐燃料熒光干擾最強、柴油居中、航煤最小。比較燃料的拉曼光譜與內(nèi)置個標(biāo)準化合物甲苯、間二甲苯、異辛烷、甲基環(huán)己烷和個反映熒光干擾級別的標(biāo)準樣品的差異, 確定輸送油品種類和牌號。如果燃料與個標(biāo)準樣品拉曼光譜有近似特征峰, 則判斷為汽油, 按照汽油方式進行牌號判斷；反之則按照熒光判斷是否為鍋爐燃料、柴油和航煤。

油品在線調(diào)和
將拉曼光譜技術(shù)用于煉油廠在線汽油調(diào)和, 檢測汽油辛烷值, 控制成品汽油調(diào)和, 優(yōu)化汽油的生產(chǎn), 創(chuàng)造了巨大的附加經(jīng)濟利益。也有學(xué)者將拉曼光譜技術(shù)控制芳烴甲苯和苯的生產(chǎn)。