原油中沥青质和钒的ESR分析可以确定原油的质量

目前世界上大约三分之一的能源来自原油。油的质量是由其化学成分决定的，它可以影响它的加工、性能和市场价格。因此，对油液状态进行定性、定量监测至关重要。

对原油质量影响最大的组分是沥青质，是原油中最重的组分。沥青质是由具有多芳环和脂肪族侧链的化合物组成的复杂混合物，并与微量的钒和镍结合。小浓度的沥青质很容易聚集，导致粘度增加，并导致在石油开采和加工过程中堵塞井眼和管线。此外，沥青质还可以在升级和精炼过程中使催化反应失效。

原油中复杂烃类混合物中的沥青质浓度分析是一项困难的工作，特别是在线监测。传统的方法是测量石油的物理性质，如粘度和介电常数，然后用这些数据来确定潜在的化学成分。当进行特定沥青质分析时，通常是在模型系统或已稀释成简单溶剂的样品中进行。

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电子自旋共振(ESR)或电子顺磁共振(EPR)的引入，使沥青质得以直接表征。该技术提供了高分辨率和定量的数据，提供了真实的局部环境动态信息。此外，ESR是一种非破坏性的方法，不需要样品制备。

ESR利用静磁场内微波的共振吸收来测量具有未配对电子的分子和含有顺磁中心的系统。沥青质在其多芳烃核心中含有有机自由基，在g = 2.0032时具有典型的ESR信号，使其易于在原油中被识别。

该峰的振幅与样品中沥青质的浓度相对应，因此该技术也可用于定量。此外，ESR还可以检测到钒，钒以钒基卟啉的形式被观察到，并在与沥青质有机自由基信号相似的区域中出现8个宽间距的窄峰。

通过监测这些成分的各种特征，可以更好地了解原油的组成和化学变化。在此之前，ESR已经能够区分不同类型的原油，但近年来，对更具体的标准进行了分析。

改变原油成分进而改变原油质量的主要过程之一是生物降解。在这个过程中，碳氢化合物被氧化产生CO₂以及有机酸，这导致饱和烃和芳香烃浓度下降，粘度、金属含量和酸度增加。

最近的工作通过监测有机自由基和钒基的存在，比较了三种巴西油中的这一过程，使用ESR与卟啉化合物相关或不相关。该方法可以通过信号量化值将两个生物降解样品与非生物降解样品区分开来，也可以将两个生物降解样品彼此区分开来。

众所周知，温度也会影响原油中有机自由基的行为和结构性质，从而影响原油质量。最近，在293-673 K的温度范围内，对原油样品的不同馏分进行了现场ESR监测，对这些变化进行了研究。

对于所有馏分，温度的升高都会导致有机游离径向物质的增加，然而，这一过程发生的机制因馏分的不同而不同。常压渣油和原油馏分的有机自由基生成行为相似，均在433 K左右，而真空渣油中有机自由基的生成过程为多步骤过程。

大多数ESR光谱仪都是大型笨重的仪器，限制了它们用于原油在线实时分析的能力。然而，光学和无线通信技术的进步使布鲁克能够开发出市场上最小的ESR光谱仪microESR一种小型便携式光谱仪，直径30.5 x 30.5 x 30.5 cm^3.占地面积和质量只有10公斤。

microESR不需要任何定期维护或特殊安装。microESR还为ESR数据采集、处理和分析提供了一个简单的软件工作流程。

随着ESR应用于原油分析的最新进展，microESR可以作为在线监测工具，在勘探、生产和炼油作业中表征化学成分。该分析可用于许多应用，包括评估油的人工老化，以及预测后续操作过程中可能出现的问题。

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