Способ идентификации нефти и нефтепродуктов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к спектроскопии и касается проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, может быть использовано при разработке лазерных лидаров и исследованиях нефти и нефтепродуктов безконтактным путем на поверхности воды. Известен способ идентификации нефти и нефтепродуктов, основанный на возбуждении их свечения и.измерении зависимости длительности затухания люминесценции по спектру flj . Недостатком данного способа является его низкая точность, обусловленная тем, что многие сорта нефти и нефтепродуктов обладают практически одинаковыми зависимостями длительности затухания люминесценции по спектру. Кроме того, для тяжелых сортов нефти технически сложно измерить длительность затухания люминесценции, которая в этом случае меньше,1 не. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ идентификации нефти и нефтепродук тов, основанный на возбуждении свечения и регистрации стационарного, спект ра лнжинесценции, по форме и положению максимума которого нефть или нефтепродукты можно классифицировать по удельному весу на три класса: легкие фракции, фракции со средним удельным весом и тяжелые фракхщи Н. К недостатку известного способа относится низкая точность, связанная с невозможностью идентификации сортов внутри каждого из трех перечисленных классов, а также анализу смеси нефти и нефтяных продуктов. Целью изобретения является повышение точности идентификации нефти и нефтепродуктов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения сорта нефти и нефтепродуктов, основанному на лазерном возбуткдении пробы, регистрации характеристик люминесценции и их сравнении со спектрами эталонов, длительность импульса излучения лазера выбирают меньшей времени жизни воз бужденного состояния пробы, регистрируют мгновенные спектры флуоресценции через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени определяют сорт нефти или нефтепродук.тов. Сущность способа заключается в еле дующем. Пусть имеется два сорта нефти А и В с одинаковыми спектрами испускания. Оба сорта содержат п компонент с индивидуальными спектрами -флуоресценции и временами жизни. регистрируем, например, свечение нефти на синем (или красном) склоне спектра, то преимущественно вклад в него дает флуоресценция i-й компоненты, закон затухания которой описывается следующим образом a-ftCt) jexpC-t/Sj ) для сорта А; IgCt) IgexpC-t/t g, ) для сорта В, гдеЙд - времена жизни флуоресценции i-й компоненты сортов А и В. Если разница между д лежит в пределах точности измерения (обычно это 10%), то, зарегистрировав д и t , нельзя выявить отличие в свечении обоих сортов, т.е. идентифицировать их. Когда мы регистрируем мгновенные спектры испускания - спектры флуоресценции в фиксированный момент времени, различие между мгновенными спектрами испускания (из-за отличияйд. и g , т.е. скорости затухания свечения сорта А и В) со временем увеличивается.и достигает значительной Величины, легко измеряемой. В случаеIJj 3 не иС 3,2 НС при одинаковой начальной амплитуде i (1 До )) интенсивности в максимуме мгновенных спектров испускания составляет при t 2 НС. 2 (t 2 не) ехр (-2/3) 0,514; 27 (t 2 не) ехр(2/3,2) 0,535 и отличаются на 4%, в момент t 20 НС iT (t 20 не) ехр(-20/3) 0,00127; SB (t 20 не) ехр(-20/3,2) 0,00193 и отличается на 52%. Такое существенное изменение в :. соотношении интенеивностей мгновенных спектров испускания легко регистрируется и позволяет идентифицировать сорт нефти. Анализ ведется по интенсивности свечения в максимуме мгновенного спектра испускания. Кроме того, информацию о сорте нефти несет и деформация во времени контура спектра испускания. Пример. Исследованы образцы нефти и ее продуктов: нефть Самот3лора (1), нефть Новопортовская скважина № 108 (2), нефть Русская скважина № 16 (3), нефть Батумская (4), уфимское мас,ло ГОС305-73 (5), дизельное топливо 40 плотность 0,826, вспышка 48°С (6), На фиг. 1 представлены стационарные спектры флуоресценции указанных образцов в гексане (обозначены спект ры для образцов соответственно 1-6), Они разделяются на два класса: очень широкие с максимумом около 400 нм и полушириной 50 нм (образцы 1-4) и более узкие ( нм) с максимумом около 330 нм (образцы 5-6). В таблице приведены зависимости времени жизни возбужденного состояни образцов нефтяных продуктов в гексан по спектру испускания. Из таблицы-видно, J тo измeнeниe t составляет л.3,2 НС для Образцове нефти 1-4 в диапазоне 350-550 нм, 1,83 НС для Уфимского масла в диапазоне 310-380 нм и 1,4 НС для дизель ного топлива в таком же спектральном интервале. Из результатов, представленных на фиг. 1 и в таблице, следует, что с помощью стационарных спект ров в измерении ь2- по спектру можно идентифицировать образцы по двум классам: 5-6 и 1-4. Однако образцы внутри класса (например 2-4) ни по спектрам испускания, ни по зависимости i от А практически не отличаются. На фиг. 2 изображена блок-схема установки для измерения мгновенных спектров флуоресценции. Она состоит из двзгх основных частей (ограничен.ных пунктирными линиями) возбуждающей А и регистрирующей В, между которыми расположена кювета с исследуемым объектом 7. Возбуждающая часть включает азотный лазер 8 ( 0,5 МВт, 150 Гц, не) и лазер 9 на красителях (щирина линии излучения йХ 0,5 А, 360850 нм), Регистрирующая часть содержит дМонохроматор 10 (дисперсия 12 А (мм), монохроматор 11 (дисперсия 12 А (мм), ФЭУ 12 (18 элу-фм, временное разрешение 0,7 не), электрическую задержку 13 (50 не), стробоскопический осциллограф 14 (С7-8, полосы пропускания 1 Ггц), дискриминатор 15 шума, самописец 16 (К-201) кварцевую штастинк.у 17 и фотоэлемент 18 (ФЭК-16). 43 . Система работает следующим образом. Фотоумножитель 12 регистрирует световой сигнал с исследуемого объекта 7 в спектральной области, выделяемой дифракционным монохроматором 11 . Электрический сигнал с фотоумножителя 12 через задержку поступает на вход стробоскопического осциллографа .14. Аналоговый электрический сигнал с выхода стробоскопического осциллографа 14 подвергается «фильтрации от шума при прохождении через дискриминатор 15 и затем записывается на электронном однокоординатном самописце 16. Часть излучения с помощью пластинки 17 ответвляется на фотоэлемент, сигнал с которого поступает на вход синхронизации осциллографа 14. При регистрации мгновенных спектров флуоресценции осциллограф 14 измеряет амплитуду сигнала в фиксированный момент времени, а монохроматор 11 работает в режиме автоматической развертки длин волн. На фиг. 3 приведены зарегистриро- : ванные с помощью описанной установки мгновенные спектры флуоресценции образцов 2 и 3 (штриховая линия). СпектРы 19 и 21 зарегистрированы через 2-нс после возбуждения, а 20 и 22 - через 8 НС. Видно, что мгновенные спектры 19, 21 и 20, 22 обоих образцов существенно отличаются, хотя их стационарные спектры испускания идентичны (фиг. 1). Исследования, проведенные на экспериментальных образцах, показали, что для них характерно строго индивидуальное изменение мгновенных спектров во времени. Поэтому путем измерения кинетики спектров испускания и сравнением полученных мгновенных спектров с заранее зарегистрированным набором (атласом) та- ких же спектров различных сортов нефти и нефтепродуктов можно определять сорт нефти, нефтепродукта или их смеси. При этом можно ввести такие количественные параметры, как смещение максимума спектра во времени, изменение соотношения интенсивностей основного и дополнительного максимума или интенсивностей свечения на определенной частоте. При использовании ЭВМ анализ зарегистрированных мгновенных спектров и идентификация объектов осуществляется очень оперативно. Таким образом, предлагаемый способ может с успехом применяться для

S1122943 ,

определения сорта нефти и нефтепро-гаемым способом в случае, когда стадукта, анализа их смеси, ционарные спектры образцов и изменеПо сравнению с известным способомние времени жизни по спектру совпаточность идентификации нефти предла-дают, увеличивается на 100%.,

Фиг.2

lomH.ed.

230

if30

}(fHf1

530

Фиг,3

СПОСОБ ВДЕНТИФИКАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ, оЬнованный на лазерном возбуждении пробы, регистрации характеристик люминесценции и их сравнении со спектрами эталонов, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности способа путем обеспечения возможности измерения спектров испускания, входящиз в нефть или нефтепродукты фракцией:, длительность импульса излучения лазера выбирают меньшей времени жиэнв возбужденного состояния пробы, регистрируют мгновенные спектры флуоресценции через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени определяют сорт нефтч или нефтепродуктов. ,нн ftui.f