原油中沥青质和钒的ESR分析可以确定其质量

目前世界上大约三分之一的能源来自原油。油的质量是由它的化学成分决定的，它会影响它的加工、性能和市场价格。因此，对油液状态进行定性定量监测是十分必要的。

对原油质量影响最大的成分是沥青质，它是原油中最重的部分。沥青质是由多芳香族环和脂肪族侧链化合物的复杂混合物，并结合了微量的钒和镍。少量的沥青质很容易聚集，导致粘度增加，并导致在石油提取和加工过程中堵塞井筒和管道。此外，沥青质还可以在升级和精炼过程中使催化反应失活。

在复杂的原油混合物中，沥青质浓度的分析是一个难点，尤其是在线监测。传统上，测量石油的物理性质，如粘度和介电常数，这些数据用于确定潜在的化学成分。当进行具体的沥青质分析时，通常是在模型系统或被稀释成简单溶剂的样品中。

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电子自旋共振(ESR)或电子顺磁共振(EPR)的引入，使沥青质能够直接表征。这种技术提供高分辨率和定量的数据，提供当地环境中的真实动态信息。此外，ESR是一种非破坏性方法，不需要样品制备。

ESR利用静态磁场中微波的共振吸收来测量带有未配对电子的分子和包含顺磁中心的系统。沥青质多芳香族核中含有有机自由基，在g = 2.0032处具有典型的ESR信号，使沥青质在原油中易于识别。

该峰的幅度对应于样品中沥青质的浓度，因此该技术也可用于量化。此外，ESR还可以检测钒，观察到钒卟啉，并且看起来在类似区域中的八个宽间隔的窄峰，到沥青质有机自由基信号。

通过监测这些成分的各种特征，可以更好地了解原油的成分和化学变化。以前，ESR能够区分不同类型的原油，但近年来，已经进行了更具体的标准分析。

改变组合物和因此原油的主要过程之一是生物降解。在该过程中，烃被氧化以生产CO₂有机酸，导致饱和烃和芳香烃浓度降低，黏度、金属含量和酸度增加。

最近的工作通过使用ESR的卟啉化合物的存在或不具有卟啉化合物的有机自由基和钒基物种的存在，在三种巴西油中比较了三种巴西油。该方法允许两种生物降解的样本通过信号量化值以及彼此不同地从非生物降解的样品区分。

温度还会影响原油中有机自由基的行为和结构性质，从而影响原油的质量。最近，在293-673 K温度范围内，通过对原油样品的不同馏分进行原位ESR监测，对这些变化进行了研究。

在不同的组分中，温度的升高会导致有机自由径向种的增加，但这一过程的机制因组分的不同而不同。常压渣油和原油馏分在433 K左右产生有机自由基，而真空渣油的有机自由基生成是一个多步骤过程。

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得Bruker能够开发出市场上最小的ESR光谱仪microESR，小，便携式光谱仪，30.5 x 30.5 x 30.5 cm^3.足迹和重量只有10公斤。

microESR不需要任何定期维护或特殊安装。微ESR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。

随着近期ESR用于原油分析的进展，Microesr可以用作在线监测的工具，以在勘探，生产和精炼操作期间表征化学成分。该分析可用于许多应用，包括评估油的人工老化，以及预期可能进一步下降的问题。

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