孫剛，潘峰

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院(黑龍江大慶163712)

硫氮分析儀檢測(cè)表活劑濃度的方法探討

孫剛，潘峰

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院(黑龍江大慶163712)

利用硫氮分析儀來(lái)檢測(cè)表面活性劑樣品中硫、氮的含量，從而確定表面活性劑的濃度。對(duì)比研究了不同預(yù)估濃度的某表面活性劑樣品，采用硫含量測(cè)定法和氮含量測(cè)定法的測(cè)量精度。結(jié)果表明:對(duì)于預(yù)估濃度較高的該表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量測(cè)定法能有效提高測(cè)量的精確度，測(cè)量誤差低于8%。對(duì)于預(yù)估濃度較低的該表面活性劑樣品溶液(濃度≤0.4%)，雖然細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)曲線可使測(cè)量誤差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量測(cè)定法能有效提高測(cè)量的精確度。同時(shí)也論證了采用硫氮分析儀檢測(cè)表面活性劑濃度的方法可行性

硫氮分析儀;標(biāo)準(zhǔn)曲線;表面活性劑檢測(cè)

隨著二元、三元復(fù)合驅(qū)在油田的推廣，表面活性劑的應(yīng)用也是越來(lái)越廣[1-3]。在表面活性劑的配置、稀釋、注入過(guò)程中以及在化學(xué)驅(qū)的產(chǎn)出液處理中，都需要準(zhǔn)確知道表面活性劑的濃度。不同類型的表面活性劑的檢測(cè)手段不同，包括滴定法[4-8]、表面張力法[4-8]、穩(wěn)態(tài)熒光探針?lè)╗9]、分光光度法等[10-11]。對(duì)于含有硫或氮元素的表面活性劑，筆者嘗試?yán)昧虻治鰞x來(lái)檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)硫或氮元素的含量，最終確定表面活性劑的濃度。同時(shí)，對(duì)不同預(yù)估濃度的表面活性劑樣品，選取合適的硫或氮標(biāo)準(zhǔn)曲線，能夠提高檢測(cè)結(jié)果的精確性。結(jié)果表明：對(duì)于預(yù)估濃度較高的某表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量測(cè)定法能有效提高測(cè)量的精確度，測(cè)量誤差低于8%。對(duì)于預(yù)估濃度較低的該表面活性劑樣品溶液(濃度≤0.4%)，雖然細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)曲線可使測(cè)量誤差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量測(cè)定法能有效提高測(cè)量的精確度。同時(shí)也論證了，硫氮分析儀的測(cè)量方法可用于含硫或氮的表面活性劑的含量檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器分析原理

表面活性劑樣品在1 050℃高溫下完全氧化，N、S元素分別以氣態(tài)NO和SO2經(jīng)薄膜干燥器進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行定量分析。其中，NO與板上臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的O3接觸生成NO2。該物質(zhì)分解時(shí)，發(fā)出特征光量子，并由光電倍增管按特征波長(zhǎng)檢測(cè)，該化學(xué)光強(qiáng)與樣品中的氮含量成正比。此方法只能檢測(cè)化合的氮，不能檢測(cè)氮?dú)?。SO2受到特定波長(zhǎng)的紫外線照射，硫元素一些電子吸收射線后，躍遷到激發(fā)態(tài)。當(dāng)電子返回到基態(tài)時(shí)，釋放出特征光量子，由光電倍增管按特定波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)射的熒光強(qiáng)度與樣品中硫的含量成正比。

根據(jù)硫氮分析儀原理可知，表面活性劑濃度與其中的氮或硫的發(fā)光強(qiáng)度成正比，可通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)樣品的內(nèi)部校正曲線，對(duì)比分析得到未知樣品的氮、硫含量，從而確定表面活性劑的濃度。

1.2 操作步驟

1)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。采用已知濃度的表面活性劑溶液和去離子水進(jìn)行配制。配制前將表面活性劑母液攪拌10min，然后將母液精確稀釋為20%、15%、10%、5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、0.05%的待用標(biāo)準(zhǔn)溶液，并存放在45℃的振蕩床內(nèi)，振蕩6h以上，保證樣品溶液溶解均勻，待用。

2)儀器開機(jī)調(diào)節(jié)：①將加熱爐溫度設(shè)置為1 050℃;②將樣品舟送入加熱爐灼燒至少2min，以除去殘留的氮化物和硫化物。

3)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：①標(biāo)定20%的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用標(biāo)準(zhǔn)溶液沖洗微量注射器多次后，準(zhǔn)確抽取5μL標(biāo)準(zhǔn)溶液，立即注入樣品舟中;②待信號(hào)基線響應(yīng)保持穩(wěn)定后，運(yùn)行儀器程序，儀器將自動(dòng)采集標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度數(shù)據(jù)點(diǎn);③重復(fù)測(cè)定，使積分值穩(wěn)定至少3次;④重復(fù)①～③，分別對(duì)15%、10%、5%的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)采集，儀器自動(dòng)繪出5%～20%的標(biāo)準(zhǔn)曲線;⑤0～0.2%標(biāo)準(zhǔn)曲線、0.2%～0.4%標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定與5%～20%標(biāo)線標(biāo)定步驟相同。

4)試樣的測(cè)定：用待檢測(cè)表面活性劑溶液多次清洗微量注射器后，準(zhǔn)確抽取5μL樣品，注入樣品舟中，待信號(hào)基線響應(yīng)保持穩(wěn)定后，運(yùn)行儀器程序，自動(dòng)采集待測(cè)表面活性劑溶液濃度數(shù)據(jù)點(diǎn)。重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)儀器可同時(shí)檢測(cè)硫、氮元素的特性，分別給出標(biāo)準(zhǔn)曲線和測(cè)量結(jié)果。對(duì)不同濃度，不同類型的表面活性劑樣品，應(yīng)選取合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線，使檢測(cè)結(jié)果誤差最小。為此，對(duì)測(cè)試樣品濃度進(jìn)行劃分，形成了3個(gè)濃度區(qū)間。其中，高濃度區(qū)間為5%～20%;低濃度區(qū)間細(xì)分為0～0.2%和0.2%～0.4%2個(gè)區(qū)間。目的是根據(jù)不同的樣品預(yù)估濃度，選取對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法，提高測(cè)試精度。

2 結(jié)果與分析

2.1 高濃度表面活性劑檢測(cè)

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

氮、硫含量測(cè)定法的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1和圖2所示。其中，峰值面積是一個(gè)由儀器自動(dòng)運(yùn)算得出的積分值。參與運(yùn)算的參數(shù)包括電壓值，測(cè)量時(shí)間，靈敏度值，放大倍數(shù)等。在儀器操作過(guò)程中，可通過(guò)設(shè)定相關(guān)的參數(shù)數(shù)值，自動(dòng)獲得峰值面積。

2.1.2 樣品濃度檢測(cè)

配制7個(gè)樣品：其中3個(gè)為配制的標(biāo)準(zhǔn)樣品，4個(gè)為配制的已知濃度待測(cè)樣品。每個(gè)樣品均檢測(cè)2次，取平均值，將該值與配制濃度對(duì)比，計(jì)算檢測(cè)誤差。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，氮含量測(cè)定法在繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的檢測(cè)誤差要大于其余配制樣品的檢測(cè)誤差。原因在于繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的過(guò)程中，同一濃度表面活性劑的氮峰面積檢測(cè)值不穩(wěn)定，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線是各個(gè)散點(diǎn)的趨勢(shì)線。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中其誤差最大。

氮含量測(cè)定法對(duì)不同濃度的表面活性劑樣品的檢測(cè)誤差在34%以內(nèi)。硫含量測(cè)定法的檢測(cè)誤差均在8%以內(nèi)。因此，在檢測(cè)高濃度表面活性劑樣品時(shí)，采用硫含量檢測(cè)法的測(cè)量精度更高。誤差范圍在8%以內(nèi)。

2.2 低濃度(0～0.2%)表面活性劑檢測(cè)

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

氮、硫含量測(cè)定法的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3和圖4所示。

2.2.2 樣品濃度檢測(cè)

配制7個(gè)樣品：其中4個(gè)為配制的標(biāo)準(zhǔn)樣品，3個(gè)為配制的已知濃度待測(cè)樣品。每個(gè)樣品均檢測(cè)2次，取平均值，將該值與配制濃度對(duì)比，計(jì)算檢測(cè)誤差。檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在檢測(cè)低濃度(0～0.2%)的表面活性劑樣品時(shí)，2種檢測(cè)方法的誤差均很大。其中氮含量檢測(cè)法誤差在40%范圍內(nèi)，硫含量檢測(cè)法誤差在50%范圍內(nèi)。氮含量檢測(cè)法的誤差相對(duì)較小。

2.3 低濃度(0.2%～0.4%)表面活性劑檢測(cè)

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

氮、硫含量測(cè)定法的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖5和6所示。

2.3.2 未知樣品濃度檢測(cè)

配制6個(gè)樣品：其中3個(gè)為配制的標(biāo)準(zhǔn)樣品，3個(gè)為配制的已知濃度待測(cè)樣品。每個(gè)樣品均檢測(cè)2次，取平均值，將該值與配制的標(biāo)準(zhǔn)濃度對(duì)比，計(jì)算檢測(cè)誤差。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在檢測(cè)低濃度(0.2%～0.4%)的表面活性劑樣品時(shí)，2種檢測(cè)方法的誤差均很大，都在30%范圍內(nèi)。氮含量檢測(cè)法的檢測(cè)誤差相對(duì)較小一些。

造成該樣品低濃度的測(cè)量誤差較大的原因主要是：氮或硫含量測(cè)定法的峰值面積均不穩(wěn)定，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線仍是各個(gè)散點(diǎn)的趨勢(shì)線。分析造成峰值面積不穩(wěn)定的主要因素有：表面活性劑的類型;氮或硫含量測(cè)定法的選取;此外，樣品濃度較低時(shí)，測(cè)量結(jié)果的小波動(dòng)易對(duì)測(cè)量精度造成較大影響。

綜合0～0.2%和0.2%～0.4%2段低濃度區(qū)間的檢測(cè)結(jié)果可知，氮、硫含量檢測(cè)法均存在一定的誤差，氮含量檢測(cè)法的誤差相對(duì)要小一些。同時(shí)，細(xì)分低濃度區(qū)間(0～0.4%)，雖在一定程度上能提高測(cè)量的精度，但提高幅度有限。因此，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于低濃度區(qū)間(0～0.4%)的該表面活性劑樣品，可采用低濃度區(qū)間(0～0.4%)一條標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行測(cè)量。

3 結(jié)論

1)硫氮分析儀可用于檢測(cè)含硫或者氮元素的表面活性劑樣品的濃度。

2)對(duì)于濃度較高的該表面活性劑樣品溶液(濃度≥5%)，采用硫含量檢測(cè)法能提高測(cè)量精度，誤差范圍在8%以內(nèi)。

3)濃度(0～0.2%)的該表面活性劑樣品溶液，氮含量檢測(cè)法誤差在40%范圍內(nèi)，硫含量檢測(cè)法誤差在50%范圍內(nèi)。氮含量檢測(cè)法的誤差相對(duì)較小。

4)濃度(0.2%～0.4%)的該表面活性劑樣品溶液，2種檢測(cè)方法的誤差均很大，都在30%范圍內(nèi)。氮含量檢測(cè)法的檢測(cè)誤差相對(duì)較小一些。

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The content of sulfur or nitrogen in a surfactant sample was detected by sulfur nitrogen analyzer，so as to determine the concentration of the surfactant.For the sample of a surfactant with different concentrations，the measurement accuracies of the surfactant concentration obtained by detecting sulfur and nitrogen separately are studied and comprised.The results show that for the surfactant solution samples of higher concentration(concentration is more than or equal to 5%)，the sulfur content determination method can effectively improve the measurement accuracy，the measurement error less than 8%;for the surfactant solution samples of lower concentration(concentration is less than or equal to 0.4%)，two kinds of detection methods have great error，the measurement accuracy of nitrogen content determination method is relatively high.The measurement error can be slightly decreased by standard curve segmentation，but the decline is little.It is verified that the determination of surfactant concentration by detecting sulfur or nitrogen content in the surfactant using sulfur nitrogen analyzer is feasible.

sulfur nitrogen analyzer;standard curve;surfactant detection

尉立崗

2015-04-27

孫剛(1975-)，男，現(xiàn)主要從事三次采油研究工作。