Способ идентификации нефти и нефтепродуктов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (И) 2943 А зш С 01 М 21/64 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ описдние изоьгетения,/./К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ бинов(71) Ордена Трудового Красного Знаме-ни институт физики АН Белорусской ССР (53) 535.3(088,8)(56) 1. Ноцзгоп И. ег а 1. 1 пЖсей Р 1 цогевсепсе апй Епчдгоп шепга 1 зепвпя. 1 п гЬе ЬооК: ТЬе цве оЕ Ьавег Хог НцйгодгарМс змйцв. БАБА, ЗР, р, 153-170.2. Оменетто Н. Аналитическая лазерная.спектроскопия. М., "Мнр", 1982, с. 427.(54) (57) СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ, основанный на лазерном возбуждении пробы, регистрации характеристик люминесценции и их сравнении со спектрами эталонов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа путем обеспечения возможности измерения спектров испускания, входящих в нефть или нефтепродукты фракций;, длительность импульса излучения лазера выбирают меньшей времени жизни возбужденного состояния пробы, регистрируют мгновенные спектры флуоресценции через ряд временных интерва лов и по характеру их изменения во времени определяют сорт нефти или нефтепродуктов.1 112Изобретение относится к спектроскопии и касается проблемы охраныокружающей среды и рациональногоиспользования природных ресурсов,может быть использовано при разработ. - 5ке лазерных лидаров и исследованияхнефти и нефтепродуктов безконтактнымпутем на поверхности воды.Известен способ идентификации нефти и нефтепродуктов, основанный на 1 Овозбуждении их свечения и измерениизависимости длительности затуханиялюминесценции по спектру Я ,Недостатком данного способа является его низкая точность, обусловленная тем, что многие сорта нефтии нефтепродуктов обладают практически одинаковыми зависимостями длительности затухания люминесценции поспектру. Кроме того, для тяжелых сор- рОтов нефти технически сложно измеритьдлительность затухания люминесценции,которая в этом случае меньше.1 нс,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является спо соб идентификации нефти и нефтепродуктов, основанный на возбуждении свечения и регистрации стационарного. спектра люминесценции, по Форме и положению максимума которого нефть или неф-ЗОтепродукты можно классифицировать поудельному весу на три класса; легкиефракции, фракции со средним удельнымвесом и тяжелые фракции 2).35К недостатку известного способа относится низкая точность, связанная с невозможностью идентификации сортов внутри каждого иэ трех перечисленных классов, а также анализу смеси нефти40 и нефтяных продуктов.Целью изобретения является повышение точности идентификации нефти и нефтепродуктов,Поставленная цель достигается тем,45 что согласно способу определения сорта нефти и нефтепродуктов, основанному на лазерном возбуждении пробы, регистрации характеристик люминесценции и их срав (ении со спектрами эталонов,5 О длительность импульса излучения лазера выбирают меньшей времени жизни возбужденного состояния пробы, регистрируют мгновенные спектры флуоресценции через ряд временных интервалов и по характеру их изменения во времени определяют сорт нефти или нефтепродук,тов,2943 1Сущность способа заключается в следующем.Пусть имеется два сорта нефти Аи В с одинаковыми спектрами испускания. Оба сорта содержат и компонент с индивидуальными спектрами флуоресъценции и временами жизни. Если мы регистрируем, например, свечение нефти на синем (или красном) склоне спектра, то преимущественно вклад в него дает Флуоресценция 1-й компоненты, закон затухания которой описыва- ется следующим образомХ = Х"ехр(-е/ 3 ) для сорта А;ХИ) = Хе ехр (-й й 8, ) для сорта В,Югде ь - времена жизни Флуоресценции х-й компоненты сортов А и В. Еслил ллразница между ь и ьв лежит в пределах точности измерения (обычно это 107), то, зарегистрировав"ь и "ь, нельзя выявить отличие в свечении обоих сортов, т.е. идентифицировать их. Когдамы регистрируем мгновенные спектры исйускания - спектры флуоресценции вфиксированный момент времени, различие между мгновенными спектрами испускания (из-за отличия 2 д и ь", т,е, скорости затухания свечения сортаА и В) со временем увеличивается.и достигает значительной величины, легко измеряемой, В случаеь = 3 нс ио - "3,2 нс при одинаковой началь УА 6ной амплитудеЯ = Л= 1),) интенсивности в максимуме мгновенных спектров испускания составляет при= 2 нсХ(й = 2 нс) = ехр (-2/3) = 0,514;16 (г. = 2 нс) = ехр("2/3,2) = 0,535и отличаются на 42, в момент== 0,00193и отличается на 527. Такое существенное изменение в соотношении интенсивностей 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.П р и м е р, Исследованы образцы нефти и ее продуктов: нефть "Самот(4), уфимское масло ГОС 305-73 (5),дизельное топливо "40" плотность0,826, вспышка 48 С (6),На Фиг. 1 представлены стационарные спектры флуоресценции указанныхобразцов в гексане (обозначены спектры для образцов соответственно 1-6), 10Они разделяются на два класса: оченьширокие с максимумом около 400 нми полушириной " 50 нм (образцы 1-4)и более узкие (ЬЪнм) с максимумом около 330 нм (образцы 5-6), 15В таблице приведены зависимостивремени жизни возбужденного состоянияобразцов нефтяных продуктов в гексанепо спектру испускания,Из таблицы видно, что изменение 20ь составляет 3,2 нс для образцовнефти 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 25интервале, Из результатов, представленных на Фиг. 1 и в таблице, следует, что с помощью стационарных спектров в измерении Ь по спектру можноидентифицировать образцы по двумклассам: 5-6 и ",-4, Однако образцывнутри класса (например 2-4) ни поспектрам испускания, ни по зависимости ь от Ъ практически не отличаются.35 На Фиг. 2 изображена блок-схема установки для измерения мгновенных спектров флуоресценции, Она состоит из двух основных частей (ограничен.ных пунктирными линиями) возбужда ющей А и регистрирующей В, между которыми расположена кювета с исследуемым объектом 7. Возбуждающая часть включает азотный лазер 8 (Р=0,5 МВт, 21= 150 Гц,2 нс) 45 и лазер 9 на красителях(ширйна линии излучения ЬЪ = 0,5 А,Эе.= 360- 850 нм), Регистрирующая часть содержит монохроматор 10 (дисперсия12 А (му), монохроматор 11 (диспер сия 12 А (мм), ФЭУ 12 (18 элу-фм, временное разрешение 0,7 нс), электрическую задержку 13 (50 нс), стробоскопический осциллограф 14 (С 7-8, полосы пропускания 1 Ггц), дискрими натор 15 шума, самописец 16 (К), кварцевую пластинку 17 и фотоэлемент 18 (фЭК). Система работает следующим образам.Фотоумножитель 12 регистрирует световой сигнал с исследуемого объекта 7 в спектральной области, выделяемой дифракционным монохроматором 11.1Электрический сигнал с фотоумножителя 12 через задержку поступает на вход стробоскопического осциллографа .14. Аналоговый электрический сигнал с выхода стробоскопического осЭ циллографа 14 подвергается фильтрации от шума при прохождении через дискриминатор 15 и затем записывается на электронном однокоординатном самопис" це 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 волнНа фиг. 3 приведены зарегистрированные 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) таких 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 ЭВИ анализ зарегистрированных мгновенных спектров и идентификация объектов осуществляется очень оперативно.Таким образом, предлагаемый способ может с успехом применяться для1122943 определения сорта нефти и нефтепро 1дукта, анализа их смеси,По сравнению с известным способом точность идентификации нефти предлаОбразцы Нефть "Самотлора" 337 350 2,73 280 380 3,87 337 400 3,24 337 5,40 350 337 2,69 400 337 3,38 460 337 439 337 550 5,67 337 350 2, 7.9 337 400 3,64 550 337 5,96 Нефть "Батумская" 337 350 2,69 400 337 337 550 28,0 310 3,49 330 280 4,92 280 380 5,32 280 310 3,40 280 330 3,87 280 380 4,44 Нефть "Новопортовская",скв, Ф 108 Нефть "Русская" скв. В 16 Уфимское масло ГОС 530-73 Цизельное топливо "40" 1 гаемым способом в случае, когда стационарные спектры образцов и изменение времени жизни по спектру совпадают, увеличивается на 1007. 1. Ширнец Составитель Редактор В. Иванова Техред А.Баректор не Подписно 8 ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 8129/35 Т ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москва, ственного комитета СССРбретений и открытийЖ, Раушская наб., д,. 4/5