Исследование состава нефти и нефтепродуктов

Хроматография – это физический метод разделения и анализа веществ в динамических условиях, основанный на явлении сорбции. Сорбция (лат. sorbtio – поглощаю) – поглощение газов, паров или твердых веществ из растворов твердыми телами или жидкостями. В процессе хроматографии разделяемые вещества распределены между двумя фазами, одной из которых является неподвижный слой с большой поверхностью, другая фаза -подвижная. В зависимости от характера неподвижной и подвижной фаз хроматография подразделяется на следующие виды:

1. Жидкостно-адсорбционная хроматография (неподвижная фаза – твердое тело, подвижная фаза – газ).

2. Газо-адсорбционная хроматография (неподвижная фаза – твердое тело, подвижная фаза – газ).

3. Жидкостно-распределительная хроматография (неподвижная фаза –жидкость на твердом носителе, подвижная фаза – жидкость).

4. Газо-жидкостная хроматография (неподвижная фаза – жидкость на твердом носителе, подвижная фаза – газ или пар).

В данной лабораторной работе студенты знакомятся с жидкостно-адсорбционной и газо-жидкостной хроматографией, наиболее часто используемыми при анализе и разделении нефтяных фракций.

Разделение бензиновой фракции методом жидкостно-адсорбционной хроматографии (ЖАХ).

Определение химического состава нефтяных фракций имеет большое значение, так как их эксплуатационные свойства определяются химическим строением. Определение индивидуального химического состава даже бензиновых фракций представляет собой сложную задачу, поэтому такой анализ проводится в специальных случаях и требует значительного времени.

Обычно используют более быстрые методы, которые позволяют определить групповой или структурно-групповой состав нефтяных фракций.

Групповой состав бензиновых фракций показывает содержание в них углеводородов различных групп, то есть содержание ароматических, нафтеновых и парафиновых углеводородов.

Одним из методов разделения бензиновых фракций на группы углеводородов является газо-жидкостная хроматография. Для разделения углеводородов в качестве неподвижной фазы применяют следующие адсорбенты: окись алюминия, активированный уголь, силикагель.

Ароматические углеводороды более прочно удерживаются на поверхности адсорбента, чем парафиновые и нафтеновые, то есть имеют большие значения коэффициентов адсорбции. Пропуская смесь углеводородов сверху вниз по колонке с адсорбентом (обычно с добавлением растворителя), выделяют из колонки вначале парафиновые и нафтеновые углеводороды, а затем ароматические.

При адсорбционном разделении бензиновых фракций применяют два типа растворителей: вытесняющие (этиловый спирт, вода) и смещающие (пентан, изопентан). Такие растворители смешиваются в колонке с углеводородами, постепенно десорбируя их и заставляя двигаться вниз.

Анализ смеси углеводородов

методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ).

Наибольшее применение на практике находит газо-жидкостная хроматография (ГЖХ). Анализ смесей углеводородов методом ГЖХ проводится на специальных приборах – хроматографах. Рассмотрим общую схему современного хроматографа (рис.2.).

Рис. 2. Схема хроматографа: 1 - испаритель; 2 - хроматографическая колонка;

3 - детектор; 4- самопишущий потенциометр.

Газ-носитель (азот, гелий или др.) из баллона поступает в прибор. В испаритель 1 в газообразном или жидком состоянии вводится анализируемая смесь. Она подхватывается газом-носителем и поступает в хроматогфическую колонку 2, где происходит разделение компонентов смеси в зависимости от их свойств, например, температуры кипения. Разделенные компоненты анализируемой смеси вместе с газоносителем выходят из колонки и поступают в детектор 3 (неподвижной фазой в колонке, на которой происходит разделение смеси на компоненты, служит нелетучая жидкость, распределенная на поверхности твердого пористого материала в виде жидкой пленки). Детектором называется устройство, с помощью которого в газе-носителе обнаруживаются компоненты разделяемой смеси. Так, в состав детектора типа катарометра входят два канала, внутри которых находятся платиновые проволочки. По одному из каналов (эталонному) течет газ-носитель, а по второму (рабочему) каналу – компоненты разделяемой смеси в потоке газа-носителя. Фиксируемые детектором различия в силе тока, проходящего по обеим проволочкам, возникающие вследствие различий в теплопроводности газов, регистрируются самопишущим потенциометром 4. На диаграммной бумаге потенциометра вычерчивается кривая, состоящая из чередующихся пиков. Эта кривая называется хроматограммой. Общий вид хроматограммы представлен на рис.3. Для поддержания заданной постоянной температуры во время проведения анализа колонка, испаритель и детектор помещаются в термостат.

С помощью ГЖХ можно проводить качественный и количественный анализ углеводородных смесей. Качественный анализ проводят, определяя время удерживания компонента. Время удерживания – это время t, прошедшее с момента ввода смеси в хроматограф до появления максимума пика данного компонента. Время удерживания, определяемое в одинаковых условиях хроматографирования, является постоянной величиной для каждого компонента. Измеряется оно в минутах, либо, иногда, в мм диаграммной ленты.

Количественный анализ основан на том, что процентное массовое содержание компонента в смеси пропорционально площади пика и равно отношению площади его пика к сумме площадей пиков всех компонентов, умноженному на 100. Для нахождения площади пика S его высота h умножается на ширину а, измеренную на середине высоты (рис.3), и на специальный поправочный коэффициент k, зависящий от природы компонента:

S=h× а ×k,

Рис. 3. Основные характеристики хроматограммы анализируемой бинарной смеси.