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材料視界 | 使用二維、三維同步熒光光譜法在環(huán)境監(jiān)測、石油勘探中油品鑒別應(yīng)用

來源:珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司   2025年06月06日 13:45  
 

 

  同步熒光光譜是一種非常實用的工具,能夠為諸如原油及其餾分等熒光化合物的復(fù)雜混合物生成一個簡化的“指紋”。這項技術(shù)為淡水或海水中的環(huán)境樣品分析工作提供了一種快捷的方法,能夠幫助識別樣品中的油品種類,確定或排除疑似污染源。這項技術(shù)也可用在鉆井液碳?xì)浠衔锏目碧焦ぷ髦?,對鉆井液中的油品特征進(jìn)行分辨。
 
  同步熒光光譜法  
 
  同步熒光光譜法需要同時使用兩個單色器對樣品進(jìn)行掃描,且兩個單色器之間的差值保持恒定。這一差值可以是波長—恒定波長差同步發(fā)光*(CWSL),也可以是能量(頻率—cm-1)—恒定能量差同步發(fā)光*(CESL)。后者的優(yōu)勢在于能夠“抹除”與熒光恒定能量差的假象(例如拉曼光譜帶),從而給出一個“更干凈的”二維光譜。
 
  三維同步光譜  
 
  可以生成一個同步光譜的三維矩陣,用X軸表示激發(fā)光單色器的波長,Y軸表示熒光強度,Z軸則根據(jù)采用的同步模式,表示波長(nm)或頻率(cm-1)的增量(δ)值。
 
  •  對于原油及其蒸餾物而言,這項技術(shù)比常規(guī)的三維熒光光譜要強大得多。在三維熒光光譜中,發(fā)射光譜(或激發(fā)光譜)通過增加固定波長(構(gòu)成Z軸的部分)被整合進(jìn)三維矩陣中。
 
  •  對于油類而言,其激發(fā)波長均在280 nm左右,因此很難利用三維熒光光譜圖進(jìn)行精確識別。
 
  三維熒光光譜的另一個特征是“波脊”,在波脊處,兩個單色器色儀處于相同波長(或波長的倍數(shù))。
 
  樣品制備  
 
  油品易溶于己烷、環(huán)己烷這類溶劑,一般采用這類溶劑溶解樣品,并使用石英熒光比色皿(四邊透明)進(jìn)行測定。出于對波長范圍和耐溶劑性的考慮,一次性比色皿在這里并不適用。
 
  •  對于含水樣品,可通過溶劑將樣品萃取到環(huán)己烷中。
 
  •  對于純品,應(yīng)考慮使用環(huán)己烷將樣品稀釋30000倍。
 
  應(yīng)使用高純度溶劑,因為其它等級的溶劑往往含有芳烴類雜質(zhì),這些雜質(zhì)也會發(fā)出熒光。為了使讀數(shù)落在儀器的量程內(nèi),可能需要對溶液的濃度進(jìn)行調(diào)整。
 
  測量  
 
  三維同步光譜可使用FL 6500(脈沖氙燈)FL 8500(150 W連續(xù)氙燈)兩種型號測定。
 
  •  FL 8500的靈敏度較高,掃描速度快。
 
  •  FL 6500的最高掃描速度為24,000 nm/min,F(xiàn)L 8500為60,000 nm/min。本實驗中使用的是FL 6500。
 
  掃描的光譜介于220 nm和450 nm 之間(按照激發(fā)光單色器確定的值),波長差從5 nm開始,步進(jìn)為2 nm。激發(fā)光和發(fā)射光所用的狹縫寬度均為5  nm。
 
  結(jié)果和討論  
 
  共有三個樣品以恒定波長差同步發(fā)光三維光譜方式測定——航空燃油(煤油)、燃油、科威特原油,其結(jié)果如下所示。二維同步譜已針對最高峰位的波長差進(jìn)行優(yōu)化,并在各個數(shù)據(jù)組的最右下角予以顯示。
 
圖片
圖1.航空燃油(煤油)環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。(點擊查看大圖)
 
圖片
圖2.燃油環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。(點擊查看大圖)
 
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圖3.原油環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。請注意三維特征位置相較于成品油發(fā)生的偏移。(點擊查看大圖)
 
    結(jié)論  
 
  二維、三維同步熒光圖為石油泄漏情況下石油樣品特征的測定提供了簡便、快捷的方法。這項技術(shù)也可用在石油勘探領(lǐng)域中對鉆井液進(jìn)行分析,也可對其它含有復(fù)雜混合物類的樣品(包括多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?和藥材進(jìn)行測定。FL 6500和FL 8500儀器都是此類分析的理想之選。FL 8500的掃描速度較快,因此特別適合用于高通量樣品的實驗室。
 
  (*)請注意
 
  本文中發(fā)光指光致發(fā)光——可以是熒光(單重激發(fā)態(tài))或磷光(三重激發(fā)態(tài)),這兩種情況下的激發(fā)態(tài)均通過儀器的激發(fā)單色器所發(fā)出的單色光產(chǎn)生。此處“發(fā)光”不是指化學(xué)或生化激發(fā)的發(fā)光。同步光譜法無法用于化學(xué)發(fā)光或生物發(fā)光及其衍生物的測定。

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