[发明专利]一种石油含氮化合物的结构解析方法及其应用

说明书

本发明提供了一种石油含氮化合物的结构解析方法及其应用。该方法包括以下步骤：将石油组分溶解在全氘代溶剂中，然后加入添加剂，得到待解析溶液；将待解析溶液注入电离源，通过电喷雾电离源进行电离；运用傅立叶变换离子回旋共振质谱仪对电离得到的化合物进行表征，得到氘代后的各类含氮化合物分布，实现对于石油含氮化合物的结构解析。本发明所提供的石油含氮化合物的结构解析方法能够快速简便的对石油含氮化合物官能团结构进行表征，得到碱性氮化物中的伯胺、环胺以及吡啶类化合物的组成分布，且具有氮化物反应效率极高，谱图解析容易的特点，适用于含有氮化物且未被污染的石油样品的分析。

技术领域

本发明涉及一种石油含氮化合物的结构解析方法及其应用，属于石油分析技术领域。

背景技术

石油中含氮化合物的含量虽小，但其对石油的加工及产品的使用性能都存在不利的影响，会使催化剂中毒失活，降低油品安定性，燃烧产生氮氧化物污染环境。石油加氢是氮化物脱除的重要途径，含氮化合物的分析对氮化物的加氢脱除具有重要意义。由于石油分子的组成十分复杂，所以其表征较为困难。理想的表征过程需要满足三方面的要求：(1)氮化物反应效率极高；(2)不污染或损坏仪器；(3)谱图解析容易。目前，在高分辨率高准确度的高分辨质谱的发展下，分子组成的解析已逐渐成熟。分子结构是决定油品物化性质的重要原因，所以要在分子组成解析的基础上进行分子结构解析。

对石油组分中的含氮化合物结构进行解析，目前主要采用质谱解离技术、化学衍生化方法及氢氘交换。碰撞诱导解离技术是质谱解离技术的一种，虽然可以根据碎片结构推测母离子结构，但目前对于油品结构的分析仅限于核心形式及侧链长度的简单判断，且碎片信息解读较为困难，无法直接提供石油分子具体结构信息。化学衍生化方法是利用不同官能团和衍生化试剂发生的反应不同被用来鉴别化合物官能团。但目前还没有相对成熟的衍生化方法应用于石油含氮化合物结构的解析，且由于石油体系组成较为复杂，衍生化的反应和分离过程相对较为复杂，同时石油体系衍生化方法的效率较低也是不可忽视的问题。氢氘交换是指暴露于氘代试剂的不稳定氢原子被氘原子取代，导致分子质量增加的过程。但对于石油中氮化物的分析，以往的研究中多采用大气压光电离源或大气压化学电离源。但这两种电离源会产生大量的分子离子峰，从而增大了谱图解析的难度，且其氢氘交换效率较低，易对谱图产生错误的解读。在以往的氢氘交换与高分辨质谱联用的过程中，并未对重油加工体系中碱性含氮化合物官能团的改变进行研究。

研究石油中含氮化合物的官能团及其在加工前后的变化，需要一种氮化物反应效率极高，不污染或损坏仪器且谱图解析准确且容易的方法。

发明内容

为解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种石油含氮化合物的结构解析方法。该方法能够有效的表征石油中含氮化合物的结构，并且能够完全的反应各种氮化物在加工过程中的变化规律。

为达到上述目的，本发明提供了一种石油含氮化合物的结构解析方法，其是利用氢氘交换和电喷雾电离源高分辨质谱分析技术分析石油组分中碱性含氮化合物官能团的方法，包括以下步骤(具体过程如图1所示)：

将石油组分溶解在全氘代溶剂中，加入添加剂，得到待解析溶液，可以通过超声促进溶解；

将待解析溶液(即样品)注入电离源，通过电喷雾电离源进行电离；

运用傅立叶变换离子回旋共振质谱仪对电离得到的化合物进行表征，得到氘代后的各类含氮化合物分布，实现对于石油含氮化合物的结构解析。

根据本发明的具体实施方案，上述氘代后的各类含氮化合物分布包括碱性含氮化合物中的伯胺、环胺和吡啶类化合物的分子组成，即本发明所提供的方法能够实现碱性含氮化合物中的伯胺、环胺和/或吡啶类化合物的分子组成的表征。

根据本发明的具体实施方案，上述方法所适用的石油组分包括未被污染的原油或其加工产物，且其用量为0.1-0.2mg。

根据本发明的具体实施方案，上述石油组分的总氮含量大于0.07wt％。