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本文目录一览：
苏丹原油石油酸组成
一、原油酸性组分与总酸值的相关性
表2－8和表2－9分别列出了苏丹地区原油样品在加拿大和中国长江大学两家实验室分离的酸性组分(AF)和酸甲酯组分(FAMES)含量。
表2－8 原油酸性组分(AF)和酸甲酯组分(FAMES)含量(加拿大分析结果)
表2－9 原油酸性组分(AF)含量(长江大学分析结果)
分析表明，苏丹原油中分离出来的酸甲酯组分含量(FAMES，mg/g)与原油总酸值(TAN，mgKOH/g)具有很好的线性正相关(图2－26):
FAMES=1.5119TAN+1.0778，相关系数r2=0.8815
而甲酯化前的酸性组分中由于含有大量的极性芳香族成分，导致原油中酸性组分含量与原油总酸值相关性很差(Muglad盆地二者相关系数r2仅为0.5547;Melut盆地二者则无任何相关性)(图2－27)。
图2－26 原油总酸值(TAN)与酸甲酯组分含量(FAMES)的相关性
图2－27 原油总酸值(TAN)与酸性组分含量(AF)的相关性
二、傅里叶红外光谱表征的石油酸官能团组成
为了了解石油酸的官能团组成特征，我们对苏丹原油及其酸性组分和酸甲酯组分分别进行傅里叶红外光谱分析。图2－28显示了苏丹原油全油、酸性组分及其甲酯组分的傅里叶红外光谱图。在谱图数据标准化和基线校正的基础上，计算了下列官能团和结构参数(表2－10)。
表2－10 苏丹全油、酸性组分、酸甲酯的官能团和结构参数
续表
续表
如图2－28所示，苏丹原油显示相似的傅里叶红外光谱特征，具体表现在:①具有极强的脂肪族吸收峰，分别对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460cm－1和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1);②存在芳香烃吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1);③部分样品在1800～1600cm－1波段出现吸收峰，显示存在含氧化合物。
如图2－28所示，原油酸性组分与原油相比，对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460cm－1和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰明显减弱，而含氧官能团(1800～1600cm－1波段吸收峰)和芳香基吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1波段)显著增强，显示酸性组分存在大量的含氧和芳香族化合物。
图2－28A 全油、酸性组分及酸甲酯傅里叶红外光谱(按酸值大小排序)
图2－28B Suf－1(1500～1509m)原油红外结构鉴定示意图
如图2－28所示，经过酯化，原油酸甲酯组分与原油、酸性组分相比，芳香族成分大为降低;对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460cm－1和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰仍然明显;但各类含氧官能团(1800～1600cm－1波段吸收峰)显著增强，羰基、多环醌类和苯酚等含氧基团在苏丹高酸值原油酸甲酯组分中大量富集。
原油酸值对原油本身及其酸甲酯组分的傅里叶红外光谱特征的影响将在后面详细讨论。
三、石油酸的高分辨质谱鉴定
1.酸性化合物分子的杂原子类型
通过FTMS实验分析了18个苏丹原油样品，鉴定出7种杂原子组成类型，分别为N、NO、NO2、O、O2、O3和O4(表2－11;图2－29)，其中N和O2在所有样品中普遍存在且相对丰度较高，大多数原油中N和O2之和占80%以上，但不同原油间化合物类型差异明显，以O2为例，其相对丰度分布在14.47%～93.22%之间，即使类型丰度接近的原油，石油酸的分子缩合度和碳数分布也存在很大差异。O2和N类化合物包含较宽的分子缩合度范围，以Z值表示O2和N类化合物缩合度分布的数据见表2－12和表2－13。
表2－11 苏丹原油石油酸组分杂原子类型相对丰度
从不同类型杂原子含量来看(图2－29)，极轻微降解原油(包括Muglad盆地FN－21井、KelaN－1井和Suf－1井(AbuGabra组)原油以及Melut盆地Gumry－1井和Zarzor－1井(深层)原油)以N1类化合物最丰富，次为O2类化合物;轻度降解原油(包括Muglad盆地FNE－3井(AbuGabra组)和Melut盆地Zarzor－1井(浅层)原油)以O2类化合物最丰富，同时含有较为丰富的N1类化合物;严重降解原油(包括Muglad盆地FNE－1、FulaC－2和Suf－1井(Bentiu组)和Melut盆地Anbar－1井原油)以O2类化合物占绝对优势，同时含有较低含量的N1类化合物。
2.O2类化合物的分布特征
O2类化合物的分子式Z值分布在0～－34之间，相对丰度数据见表2－12，不同Z值化合物相对丰度分布如图2－30与图2－31所示。不同样品间表现出不同分布特征，未降解原油均表现为链烷酸(Z=0系列)相对丰度最高，降解原油中一环环烷酸丰度最高，二环环烷酸次之，再次为三环环烷酸和脂肪酸，其他多环环烷酸丰度随环数增加逐渐降低。只有Anbar－1降解原油例外，其二环环烷酸丰度最高，一环环烷酸丰度次之，再次为三环环烷酸和脂肪酸。图2－30与图2－31显示苏丹地区原油羧酸类化合物Z值分布主要集中在0～－20之间，除0～－10(对应0～5环环烷酸)外，其他Z值对应化合物仍然占有一定比例。
图2－29 苏丹地区原油不同类型杂原子化合物丰度分布
表2 -12 O2 类化合物缩合度分布(%)
表2 -13 N1 类化合物缩合度分布(%)
图2－30 Muglad盆地原油O2类化合物缩合度分布
图2－31 Melut盆地原油O2类化合物缩合度分布
不同盆地原油O2类化合物Z值分布也存在差异，Muglad盆地原油O2类化合物Z值分布范围较宽，最大可达－34，而Melut盆地O2类化合物Z值最大只有－26，这可能与原油的原始母质组成差异有关。
除了酸性化合物杂原子类型和缩合度分布数据，FTMS分析结果还能提供某一缩合度化合物的碳数分布信息，苏丹地区原油O2类化合物碳数分布如图2－32所示。结合原油常规生物标志化合物分析，不难发现生物降解程度对羧酸类化合物组成的影响。轻微降解时脂肪酸仍占绝对优势，一环、二环的环烷酸丰度增加，如Zarzor－1井浅层的两个原油，其酸值并不高(但明显高于深层未降解原油的酸值);降解程度较高原油，如FulaNE－1、FulaC－2和Suf－1井(Bentiu或Aradeiba组)原油，脂肪酸大部分被降解，环烷酸成为石油酸的主要成分，其重要特征为具有较高丰度的Z=－8和Z=－10两类化合物，Z=－10系列在C30－C35附近出现一个较强峰，一般认为其对应藿烷酸富集，Z=－8类化合物可能对应四环环烷酸(如甾烷酸)或单环芳羧酸。Anbar－1原油既存在较高丰度的脂肪酸，又有较高丰度的一环、二环环烷酸，以及相对较高丰度的多环环烷酸，表明该原油经历了两次油气充注过程，早期充注的原油，由于构造抬升而遭受生物降解，原油富集了环烷酸;后来，构造沉降，新生成的正常原油(富含脂肪酸)，再次充注该油藏，造成两期充注原油的混合。其他原油均为未降解原油，以脂肪酸为主，尤以C16和C18脂肪酸占绝对优势。
3.N类化合物的分布特征
原油中的含氮化合物可以分为碱性氮化物和非碱性氮化物，其中碱性氮化物在负离子ESI条件下不发生电离，因此在负离子条件下得到的质谱图中，所有含1个氮原子的氮化物属于非碱性氮化物。N类化合物分子式Z值分布在－9～－43之间，绝大部分样品的最大Z值为－15，为此，这里只分析Z≤－15的化合物类型分布。Z=－15对应于咔唑类化合物，Z=－21、Z=－27化合物表现明显的相对丰度优势，其对应结构主要为苯并咔唑和二苯并咔唑类化合物，由于最大Z值和Z值分布与化合物理论构型表现出完全一致的特点和规律，可以认为Z=－15、Z=－21和Z=－27分别主要由烷基咔唑、烷基苯并咔唑和烷基二苯并咔唑组成。
N类化合物缩合度分布特征与生物降解程度也存在一定相关性(图2－33)，未降解原油中咔唑类化合物(Z=－15)的相对丰度最高，或苯并咔唑类化合物(Z=－21)丰度最高，且二者丰度较为接近，如FulaNE－3、FulaN－21、Suf－1(AbuGabra组)、Gumry－1和Zarzor－1井原油，但Zarzor－1井2100m以上的原油较2100m以下的原油含有相对较高丰度的高缩合度氮化合物，说明该井2100m以上的油藏遭受过轻微生物降解。同样地，FulaNE－3和FulaN－21井原油也遭受了轻微生物降解。随着生物降解程度增加，高缩合度氮化物的相对丰度逐渐增大，如KelaN－1和Anbar－1井原油苯并咔唑类化合物(Z=－21)丰度最高，次为二苯并咔唑(Z=－27)，再次为咔唑类化合物(Z=－15)，即含较高丰度的高缩合度氮化合物。Suf－1井(Bentiu组)原油降解程度较高，其氮化合物组成中以苯并咔唑为主，二苯并咔唑丰度稍低于苯并咔唑，但咔唑类化合物丰度已经很低。降解程度相对更高的FulaNE－1和FulaC－2井原油氮化合物组成中，以二苯并咔唑为主，次为苯并咔唑，而咔唑类化合物仅占很少的比例。
图2－32 苏丹地区原油O2类化合物碳数分布横坐标为碳数，纵坐标为相对丰度(%)
图2－33 N1类化合物丰度分布特征
图2－34 苏丹原油N1类化合物碳数分布横坐标为碳数，纵坐标为相对丰度(%)
N类化合物碳数分布如图2－34所示，通过碳数分布可以更加清晰地描述不同生物降解程度原油中氮化物的组成特征。未降解原油中高碳数(＞C25)氮化物相对丰度较高，氮化物碳数分布范围较宽;降解后的原油中高碳数氮化物相对含量降低，＜C25的Z=－21和Z=－27类化合物显示非常高的相对丰度，其分子结构对应苯并咔唑和二苯并咔唑类化合物，而咔唑类化合物在遭受生物降解的原油中相对丰度降低。
FTMS提供的信息说明咔唑、苯并咔唑、二苯并咔唑类含氮化合物是原油中最主要的非碱性氮化物，未降解原油中氮化物的分子量分布范围与含氧化合物基本一致，但在降解原油中氮化物组成发生很大变化，首先是分子烷基侧链长度随降解程度加深而减小，大多数苯并咔唑、二苯并咔唑类化合物分子中碳原子数降低到C25以下，而咔唑类化合物丰度严重降低，其他缩合度化合物在较宽范围内分布比较均匀，推测其分子结构中包含多个环状结构单元。
4.酸性化合物分子量分布
高酸值原油一般为重质原油，而重质原油一般具有较高的酸值，密度大、黏度高是一般高酸值原油的主要特征，这些原油的平均分子量也比较大。
高分辨质谱分析结果提供每一个质谱峰的精确质量和相对丰度，由此可以得到每一类化合物或全部酸性化合物的分子量分布。平均分子量一般有两种表示方式，即数均分子量和重均分子量，分别由公式(2－1)和公式(2－2)计算。
高酸值油藏的形成与分布
式中:Mi为某个化合物的分子量，Ni是该化合物的分子个数，在实际计算过程中以化合物质谱图相对丰度值代替。使用商品环烷酸进行方法测试，发现数均分子量Mn与使用蒸气压渗透法(VPO)得到的分子量非常接近，因此本研究以Mn作为化合物的平均分子量。
苏丹地区原油中酸性化合物的平均分子量数据见表2－14。平均分子量分布范围:酸性化合物在471～620之间，N类化合物在331～560之间，O2类化合物在349～530之间。
表2－14 化合物平均相对分子质量
续表
图2－35 原油酸值与O2类化合物平均分子量分布
O2类化合物的平均分子量与酸值的相关性如图2－35所示，显然，原油中O2类化合物的分子量与原油酸值具有很好的对数正相关性，即随着原油酸值的增大，O2类化合物分子量呈对数关系增大。随生物降解程度增加(酸值增加)，N类化合物的平均分子量表现出明显减小的趋势，高缩合度的二苯并咔唑类化合物(Z=－27)随酸值变化趋势图如图2－36所示。前面已经讨论过N类化合物不同缩合度类型的分布特征，随生物降解程度增大，咔唑类化合物(Z=－15)相对含量降低，而苯并咔唑(Z=－21)和二苯并咔唑(Z=－27)类化合物相对含量增加。分子量数据显示高缩合度的非碱性氮化物在生物降解过程中分子趋于减小，即生物降解程度增加，缩合度增大，分子量减小，说明生物降解过程使非碱性氮化物的烷基侧链降解，生成小分子化合物，而缩合度低的小分子化合物随降解作用部分损失。根据这一规律，通过FTMS得到的N类化合物碳数分布图可以快速确定原油的生物降解程度，未降解原油中咔唑类化合物的碳数分布范围宽，且相对丰度较高，如图2－34所示，降解原油中咔唑类化合物相对丰度降低，低碳数苯并咔唑和二苯并咔唑类化合物丰度很高，其碳数分布范围集中在C17－C27之间。
图2－36 不同酸值原油二苯并咔唑类含氮化合物的分子量分布
四、苏丹原油酸甲酯组分的分子组成特征
1.酸甲酯组分的总离子流图
用改性氧化铝吸附柱从原油样品中分离出石油酸，经过酯化和纯化之后，通过气相色谱和色谱质谱分析研究甲酯化酸性化合物的组成。图2－37是苏丹原油酸甲酯组分的总离子流图。显然，高酸值原油样品中酸甲酯组分的主要成分即所谓的“环烷酸”，是在常规气相色谱图上无法分辨的复杂混合物由于无法分离而形成的大鼓包。从图2－37酸甲酯总离子流图上能够辨认的主要成分包括:正构脂肪酸、苯二甲酸和藿烷酸，未检测到甾烷酸。
2.脂肪酸组成
所分析的苏丹原油样品中普遍存在脂肪酸，但与环烷酸的丰度相比，它们仅为微量成分。利用m/z74质量色谱图可以反映正构脂肪酸的组成(表2－15和图2－38)，正构C16和C18脂肪酸在m/z74质量色谱图中显示较强的相对丰度，非常容易识别。正构脂肪酸分子碳数分布在C9－C34之间(图2－39)，且其分布明显分为两部分:低碳数(nC18以前)脂肪酸具有明显的偶碳优势，代表了降解微生物(细菌)对残余油的直接贡献;高碳数脂肪酸偶碳优势不明显或无偶碳优势，则代表原油原始母质在成熟阶段生成的产物。而FulaNE－1原油由于严重的生物降解作用，其原生的高碳数脂肪酸已全部降解，只有代表细菌产物的低碳数脂肪酸。值得一提的是Anbar－1原油，既存在具偶碳优势的低碳数脂肪酸，也存在丰富的无偶碳优势的高碳数脂肪酸，这表明该原油油藏经历了两次充注过程，即早期降解过的原油与后期正常原油混合成藏。
图2－37 苏丹代表性原油酸甲酯组分总离子流图
表2－15 苏丹原油正构脂肪酸的浓度(μg/g)
正构脂肪酸浓度与原油总酸值的关系见图2－40，随酸值的增加，脂肪酸浓度增加，达到峰值后，又随酸值的增加而减少。
图2－38 苏丹原油酸甲酯m/z74质量色谱图
图2－39 苏丹原油中正构脂肪酸的浓度分布
图2－40 苏丹原油样品总酸值与正构脂肪酸浓度的关系
3.芳香羧酸
Watson等(1999)在喜氧微生物降解模拟实验初期的原油样品中分离出过烷基苯羧酸系列化合物，并认为芳香羧酸是生物降解产物。在本次研究的样品中都含有芳香羧酸，主要见有苯二甲酸，但它们的烷基同系物却并不常见。
4.萜烷酸
在所分析的苏丹原油样品中普遍存在萜烷酸，主要为藿烷酸。所分析样品的m/z191质量色谱图见图2－41。这些化合物具有在C17和C21位的立体异构体(αβ)以及C22位的R和S构型。C30－C32藿烷酸的浓度是用它们在m/z235、m/z249、m/z263质量色谱图上的峰面积与5β－胆甾烷酸标样在m/z217上的峰面积计算的，没有进行响应因子校正(表2－16)。与藿烷系列不同，C31藿烷酸一般为基峰，C30藿烷酸的相对含量不高。藿烷酸的浓度随着样品总酸值的增加而呈对数增加(图2－42);且对数关系良好，说明藿烷酸等环烷酸是影响原油酸值的主要因素。
前人将原油中藿烷酸浓度的变化归结为:①与其他化合物降解难易程度的差异;②运移过程中混入成熟度较低的成分;③生物降解油中新生成的藿烷酸之贡献。比较在所分析的样品中藿烷和藿烷酸立体化学构型的差异，结合低碳数正构脂肪酸的明显偶碳优势，我们认为生物降解过程中新生成的酸类贡献可能是造成上述浓度变化的重要因素之一。
图2－41 苏丹原油样品酸甲酯组分的m/z191质量色谱图化合物鉴定见表2－5
表2－16 苏丹原油中藿烷酸的浓度(μg/g)
图2－42 苏丹原油样品总酸值与藿烷酸浓度的关系
对于严重降解的高酸值原油，还检测出25－降藿烷酸系列化合物(图2－43)。
图2－43 苏丹原油样品酸甲酯组分的m/z191和m/z177质量色谱图
傅里叶红外光谱仪干什么用的，可以测哪些参数，都有什么意义？
傅里叶红外光谱仪（FT-IR）是分子吸收光谱，不同的官能团，化学键振动或转动，对不同波数的红外光有吸收，据此，可以测定出样品有哪些官能团或化学键存在或变化，用以物质的定性、定量、反应过程等的研究。
傅里叶红外光谱仪的用处
一、酒制品检测分析
不同产地的葡萄酒具有不同的质量与风格，市场上葡萄酒以假乱真、以次充好现象颇多，寻找简单有效地鉴别葡萄酒产区的方法，有利于葡萄酒市场的健康发展。向伶俐等人采用近、中红外光谱的贝叶斯信息融合技术对葡萄酒原产地进行快速识别，建模集准确率为87.11 %，检验集准确率为90.87 %，提高判别的准确度，为葡萄酒原产地真伪识别提供了一种高效低成本的新方法。
此外，利用红外光谱对白酒年份与香型鉴别也有十分效。因不同香型白酒的成分有所差异，其红外光谱也不尽相同，可根据红外光谱差异鉴别不同年份的白酒。
二、蜂蜜检测分析
我国蜂蜜质量参差不齐，掺假现象也较为严重。孙燕等利用中红外图谱分析仪结合化学计量软件建立饶河黑蜂蜂蜜产地真假判别模型判别饶河本地的蜂蜜样品和其它地区蜂蜜样品，准确率达90.3 %，为蜂蜜真伪鉴别提供了一种有效的方法。
三、谷类检测分析
近年来，少数造假者频频在陈旧大米中涂抹掺加植物油、矿物油，增加其亮度和光泽，冒充优质新鲜大米销售，严重危害消费者身心健康。张耀武等利用红外光谱对涂有和掺有矿物油的大米进行定性鉴别。
将分离出含有矿物油的试样进行红外光谱测试，未出现 1745 cm-1脂 C=O 的伸缩振动吸收和1000~1300 cm-1伸缩振动吸收，证明该试样中含有直链烷烃的矿物油。文中指出该方法可用于对大米、饼干、瓜子和食用油中是否掺加工业矿物油的鉴定。粮食在高温高湿条件下极易发霉变质，不仅造成经济损失还严重威胁人畜健康。
刘凌平等利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术结合化学计量学方法（ART-FTIR），对稻谷中7 种常见有害霉菌进行了快速鉴定，建立的线性判别分析和偏最小二乘判别分析模型对7种不同类别菌株的留一交互验证整体正确率分别达到 87.1 %和87.3 %，表明ART-FTIR 技术技术可用于谷物中霉菌不同属间的快速鉴别，尤其对不同菌属的霉菌具有良好的判别效果。
四、果蔬检测分析
果蔬中农药残留快速、高效的检测技术是当前食品安全控制关注的重大问题。朱春艳用傅里叶红外光谱技术对敌百虫和辛硫磷两种农药的红外光谱进行了测量和分析。
验证了FTIR/ATR技术快速检测蔬菜中有机磷农药残留的可行性，测定敌百虫的最低的检测限为0.2×10-6（体积分数），相关系数为0.9141，辛硫磷的最低检测限为0.02×10-6，相关系数为0.9036，为果蔬农药残留检测提供了一种方便、快捷、准确的方法。
扩展资料：
傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统、记录系统等组成。
（1）光源：傅里叶变换红外光谱仪为测定不同范围的光谱而设置有多个光源。通常用的是钨丝灯或碘钨 灯（近红外）、硅碳棒（中红外）、高压汞灯及氧化钍灯（远红外）。
（2）分束器：分束器是迈克尔逊干涉仪的关键元件。其作用是将入射光束分成反射和透射两部分，然后 再使之复合，如果可动镜使两束光造成一定的光程差，则复合光束即可造成相长或相消干涉。
对分束器的要求是：应在波数v处使入射光束透射和反射各半，此时被调制的光束振幅最大。根据使用 波段范围不同，在不同介质材料上加相应的表面涂层，即构成分束器。
（3）探测器：傅里叶变换红外光谱仪所用的探测器与色散型红外分光光度计所用的探测器无本质的区 别。常用的探测器有硫酸三甘钛（TGS）、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。
（4）数据处理系统：傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机，功能是控制仪器的操作，收集 数据和处理数据。
参考资料：百度百科——傅里叶红外光谱仪
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