石油产品质量检测技术分析

杨豪杰 陈尔余 金顶峰

1.武警士官学校 浙江 杭州 310000

2.中国计量大学 浙江 杭州 310018

随着技术的进步以及环保要求的提升，各行业对石油产品的质量提出了更高需求，国家也在逐步推出新的标准[1]，因此石油产品质量检测设备与技术也在不断地发展。本文全面分析了汽油、柴油及润滑油等石油产品常用指标的检测分析方法，介绍了光谱、色谱及质谱等现代分析技术在石油产品质量检测分析中的应用，为石油产品检测分析技术的发展提供参考和借鉴。

1 汽油质量分析技术

我国的汽油组成以催化裂化汽油为主，烯烃含量一般在40%～50%之间。烯烃具有高辛烷值敏感性且很不稳定，容易氧化产生胶质。对于发动机而言，使用这类汽油就容易形成积炭，导致发动机积炭堵塞。汽油的主要检测指标：抗爆性、挥发性、安定性及非常规添加剂等。

1.1 抗爆性

汽油抵抗爆震的性质称为抗爆震性能，用辛烷值来表示。辛烷值是指标准燃料中异辛烷的体积分数。目前我国车用汽油辛烷值的测定方法有GB/T 5487-1995《汽油辛烷值测定法（研究法）》、GB/T 503-1995《汽油辛烷值测定法（马达法）》和GB/T 18339-2001《车用汽油辛烷值测定法（介电常数法）》[2]。前2种方法是在试验条件下测定汽油在发动机中燃烧产生爆震时的辛烷值，所测结果误差较小，但操作复杂。第3种方法采用的是介电常数法，该方法通过将数据进行统计处理，建立模型后计算得出辛烷值。但由于模型参数唯一，测量结果误差较大。

1.2 挥发性

汽油的挥发性取决于饱和蒸气压和馏程的变化。饱和蒸气压是指在一定条件下，当油品内部压力与外界压力相等时气液界面处的最大压力。根据测试技术和测试对象的不同，测试方法主要有ASTM D5191《石油产品蒸气压测定法（微型法）》、GB/T 8017-2012《石油产品蒸气压测定法（雷德法）》及GB/T 257-1964《发动机燃料蒸气压测定法（雷德法）》。馏程是指在试验条件下蒸馏体积与蒸馏温度的关系。目前，国内主要采用恩氏蒸馏法来测定馏程，依据标准为GB/T 6536-1997《石油产品蒸馏测定法》[3]。

1.3 安定性

（1）实际胶质。胶质是指汽油在存储和使用过程中生成的深黑色或棕色的黏稠物质[4]，其产生的主要原因是汽油中的不稳定组分在温度升高和含氧量增多等条件下发生氧化反应。实际胶质是指未经任何处理的胶质含量，其测定方法则主要有GB/T 509-1988《发动机燃料实际胶质测定法》和GB/T 8019-1987《车用汽油和航空燃料实际胶质测定法（喷射蒸发法）》。

（2）氧化安定性。诱导期是指在人为加速油品氧化条件下测量所得油品未被氧化经过的时间，通常使用诱导期来表示油品的氧化安定性。诱导期的测定方法主要有GB/T 256-1964《汽油诱导期测定法》和GB/T 8018-1987《汽油氧化安定性测定法（诱导期法）》。

（3）铜片腐蚀性。铜片腐蚀试验有助于预判汽油对金属的腐蚀性，从而更好地进行安全评估。油品腐蚀试验中最常用的测定方法是GB/T 5096-1985《石油产品铜片腐蚀试验法》，汽油及其它轻质油品一般情况下均采用此法来测定铜片腐蚀[5]。

（4）硫含量。石油产品中通常含有硫元素，其含量的高低对于石油产品的环保性和使用性均有很大的影响。通常情况下，硫元素主要存在于重质油品中，汽油等轻质油品含量较少。汽油硫含量的测试方法一般采用GB/T 380-1977《石油产品硫含量测定法（燃灯法）》，此外还有SH/T 0253-1992《轻质石油产品中总硫含量测定法（电量法）》和GB/T 17040-2008《石油和石油产品硫含量的测定（能量色散X射线荧光光谱法）》[6]。

1.4 非常规添加剂

非常规添加剂主要包括碳酸二甲酯、苯胺类及甲缩醛等。对于该类物质的检测，目前主要采用气相色谱-质谱联用方法、离子色谱法以及红外光谱法等。高枝荣等[7]采用气质联用全扫描的方法，对汽油中的碳酸二甲酯、甲缩酸以及N-甲基苯胺等组分进行准确定性，然后以特征离子扣除基底影响进行精确定量。离子色谱法具有检测效率高、检测准确度高且可同时检测多种元素的特点[8]。但是由于仪器价格昂贵及运行要求较高等原因，目前没有广泛使用。红外光谱法是融合化学计量学和光谱测量技术的综合分析方法。廖上富等[9]使用红外光谱仪对汽油中的N-甲基苯胺组分进行检测，获得不受干扰的特征吸收峰。

2 柴油质量分析

柴油的许多检测指标与汽油相同，相同指标检测方法可参考汽油。除此之外，柴油的常用检测指标还包括黏度。柴油黏度的常用检测方法主要有以下几种：毛细管黏度计法、细孔式黏度计法、落球式黏度计法及旋转式黏度计法。毛细管黏度计法可测算油品的运动黏度和动力黏度，如GB/T 265-1988中的品式黏度计。细孔式黏度计法可测定油品的条件黏度，如GB/T 266-1988中的恩氏黏度计。落球式黏度计法通常测定黏度较大的油品，如霍普勒黏度计。旋转式黏度计法通常测定非牛顿流体的动力黏度，如SH/T 0739-2003中的Brookfield黏度仪[10]。

除此之外，柴油产品质量还可通过红外光谱仪进行检测分析，红外光谱仪对于柴油的结构非常敏感，能够依据不同的特征峰来确定官能团。即从特征区的最强峰开始，逐步分析缩小范围，结合相关峰最终确定其种类。由于柴油属于混合物，可通过联立方程组进行定量分析[11]。

生物柴油作为替代能源，具有闪点较高、润滑性能良好、对环境友好等优点。一般来说，对生物柴油的分析主要包括色谱法（气相色谱法、高效液相色谱法）和光谱法（核磁共振光谱法、近红外NIR光谱法）及以其物理性能为基础的其他方法（黏度法、滴定法、酶法）[12]。

3 润滑油质量分析

润滑油质量可以从颜色、黏度、酸值及抗氧剂含量等参数表征得出。在润滑油质量分析中，传统方法容易受人员和环境的影响，准确率较低。而现代分析方法则具有操作简便、分析速度快及准确率高的优点，逐步成为润滑油质量检测分析的重要手段。目前，常用的润滑油质量分析方法主要有热分析技术、红外光谱技术、色谱技术及质谱技术。

3.1 热分析技术

热分析技术是指高压差示扫描量热法（PDSC）热氧化评定试验，该试验可在一定程度上模拟边界条件下润滑油氧化过程，是评价润滑油氧化安定性和抗氧剂性能的有效方法。谢龙等[13]利用PDSC检测润滑脂中的抗氧剂含量，并且研究了抗氧剂浓度对抗氧化效果的影响。

3.2 红外光谱技术

红外光谱技术具有易操作、速度快及无污染等优点，在石油化工领域已被广泛应用。徐继刚[14]等利用红外光谱技术采集了不同品种润滑油的谱图信息，分别使用主成分分析法和聚类分析法进行分类识别。赵畅畅等[15]利用红外光谱技术对多种合成润滑油基础油进行采集分析，从特征官能团信息分析确定基础油的结构和类型。

3.3 色谱技术

色谱技术分为气相色谱技术和液相色谱技术。气相色谱是利用物质之间极性和吸附性的不同来实现混合物的定性分析，具有易操作、选择性好及灵敏度高等优点。李春燕等[16]使用气相色谱法对润滑油中水含量进行检测分析，结果表明：水质量分数在0.02%～1%之间时，相对误差不超过5%。相较于气相色谱，液相色谱分析不受样品挥发性的影响，同时分析样品容易回收。努尔古丽·马合买提等[17]利用高效液相色谱测定合成润滑油中抗氧剂T501（2，6-二叔丁基对甲酚）的含量，采用外标法分析检出限为0.0080g/L且加标回收率可达97%以上。

3.4 质谱技术

质谱分析技术是先将物质电离生成不同的离子，依据质荷比不同形成的离子谱峰强度的不同来进行分析。在进行复杂样品分析时，经常将质谱技术与色谱技术结合使用。Wu[18]等利用气质联用技术分析了双酯类润滑油氧化产物对其油品润滑性能的影响，结果表明：氢过氧化物会降低油品润滑性能，而醇和酸可以提高油品润滑性能。

4 结束语

通过对石油产品质量检测技术的分析，可以看出，随着时代的发展与技术的进步，对于石油产品质量检测提出了更高要求。本文从分析汽油等石油产品的常用质量检测分析技术入手简要介绍了光谱、色谱及质谱等现代分析技术在石油产品质量检测分析中的应用，光谱等现代分析技术具有更精确、更高效、更灵敏等优点，为未来石油产品质量检测技术指明了发展方向。