硫氮分析仪检测表活剂浓度的方法探讨

孙刚，潘峰

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院(黑龙江大庆163712)

硫氮分析仪检测表活剂浓度的方法探讨

孙刚，潘峰

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院(黑龙江大庆163712)

利用硫氮分析仪来检测表面活性剂样品中硫、氮的含量，从而确定表面活性剂的浓度。对比研究了不同预估浓度的某表面活性剂样品，采用硫含量测定法和氮含量测定法的测量精度。结果表明:对于预估浓度较高的该表面活性剂样品溶液(浓度≥5%)，采用硫含量测定法能有效提高测量的精确度，测量误差低于8%。对于预估浓度较低的该表面活性剂样品溶液(浓度≤0.4%)，虽然细分标准曲线可使测量误差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量测定法能有效提高测量的精确度。同时也论证了采用硫氮分析仪检测表面活性剂浓度的方法可行性

硫氮分析仪;标准曲线;表面活性剂检测

随着二元、三元复合驱在油田的推广，表面活性剂的应用也是越来越广[1-3]。在表面活性剂的配置、稀释、注入过程中以及在化学驱的产出液处理中，都需要准确知道表面活性剂的浓度。不同类型的表面活性剂的检测手段不同，包括滴定法[4-8]、表面张力法[4-8]、稳态荧光探针法[9]、分光光度法等[10-11]。对于含有硫或氮元素的表面活性剂，笔者尝试利用硫氮分析仪来检测。通过检测硫或氮元素的含量，最终确定表面活性剂的浓度。同时，对不同预估浓度的表面活性剂样品，选取合适的硫或氮标准曲线，能够提高检测结果的精确性。结果表明：对于预估浓度较高的某表面活性剂样品溶液(浓度≥5%)，采用硫含量测定法能有效提高测量的精确度，测量误差低于8%。对于预估浓度较低的该表面活性剂样品溶液(浓度≤0.4%)，虽然细分标准曲线可使测量误差稍有降低，但降幅不大，采用氮含量测定法能有效提高测量的精确度。同时也论证了，硫氮分析仪的测量方法可用于含硫或氮的表面活性剂的含量检测。

1 实验

1.1 仪器分析原理

表面活性剂样品在1 050℃高温下完全氧化，N、S元素分别以气态NO和SO2经薄膜干燥器进入检测器进行定量分析。其中，NO与板上臭氧发生器产生的O3接触生成NO2。该物质分解时，发出特征光量子，并由光电倍增管按特征波长检测，该化学光强与样品中的氮含量成正比。此方法只能检测化合的氮，不能检测氮气。SO2受到特定波长的紫外线照射，硫元素一些电子吸收射线后，跃迁到激发态。当电子返回到基态时，释放出特征光量子，由光电倍增管按特定波长进行检测。发射的荧光强度与样品中硫的含量成正比。

根据硫氮分析仪原理可知，表面活性剂浓度与其中的氮或硫的发光强度成正比，可通过绘制标准样品的内部校正曲线，对比分析得到未知样品的氮、硫含量，从而确定表面活性剂的浓度。

1.2 操作步骤

1)标准溶液的配制。采用已知浓度的表面活性剂溶液和去离子水进行配制。配制前将表面活性剂母液搅拌10min，然后将母液精确稀释为20%、15%、10%、5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、0.05%的待用标准溶液，并存放在45℃的振荡床内，振荡6h以上，保证样品溶液溶解均匀，待用。

2)仪器开机调节：①将加热炉温度设置为1 050℃;②将样品舟送入加热炉灼烧至少2min，以除去残留的氮化物和硫化物。

3)标准曲线的绘制：①标定20%的标准溶液，用标准溶液冲洗微量注射器多次后，准确抽取5μL标准溶液，立即注入样品舟中;②待信号基线响应保持稳定后，运行仪器程序，仪器将自动采集标准溶液浓度数据点;③重复测定，使积分值稳定至少3次;④重复①～③，分别对15%、10%、5%的标准溶液进行数据点采集，仪器自动绘出5%～20%的标准曲线;⑤0～0.2%标准曲线、0.2%～0.4%标准曲线的标定与5%～20%标线标定步骤相同。

4)试样的测定：用待检测表面活性剂溶液多次清洗微量注射器后，准确抽取5μL样品，注入样品舟中，待信号基线响应保持稳定后，运行仪器程序，自动采集待测表面活性剂溶液浓度数据点。重复测定3次，取平均值。

1.3 实验方法

实验仪器可同时检测硫、氮元素的特性，分别给出标准曲线和测量结果。对不同浓度，不同类型的表面活性剂样品，应选取合适的标准曲线，使检测结果误差最小。为此，对测试样品浓度进行划分，形成了3个浓度区间。其中，高浓度区间为5%～20%;低浓度区间细分为0～0.2%和0.2%～0.4%2个区间。目的是根据不同的样品预估浓度，选取对应的检测方法，提高测试精度。

2 结果与分析

2.1 高浓度表面活性剂检测

2.1.1 标准曲线

氮、硫含量测定法的标准曲线如图1和图2所示。其中，峰值面积是一个由仪器自动运算得出的积分值。参与运算的参数包括电压值，测量时间，灵敏度值，放大倍数等。在仪器操作过程中，可通过设定相关的参数数值，自动获得峰值面积。

2.1.2 样品浓度检测

配制7个样品：其中3个为配制的标准样品，4个为配制的已知浓度待测样品。每个样品均检测2次，取平均值，将该值与配制浓度对比，计算检测误差。检测结果如表1所示。

由表1可知，氮含量测定法在绘制标准曲线的检测误差要大于其余配制样品的检测误差。原因在于绘制标准曲线的过程中，同一浓度表面活性剂的氮峰面积检测值不稳定，绘制的标准曲线是各个散点的趋势线。在实际检测过程中其误差最大。

氮含量测定法对不同浓度的表面活性剂样品的检测误差在34%以内。硫含量测定法的检测误差均在8%以内。因此，在检测高浓度表面活性剂样品时，采用硫含量检测法的测量精度更高。误差范围在8%以内。

2.2 低浓度(0～0.2%)表面活性剂检测

2.2.1 标准曲线绘制

氮、硫含量测定法的标准曲线如图3和图4所示。

2.2.2 样品浓度检测

配制7个样品：其中4个为配制的标准样品，3个为配制的已知浓度待测样品。每个样品均检测2次，取平均值，将该值与配制浓度对比，计算检测误差。检测结果如表2所示。

由表2可知，在检测低浓度(0～0.2%)的表面活性剂样品时，2种检测方法的误差均很大。其中氮含量检测法误差在40%范围内，硫含量检测法误差在50%范围内。氮含量检测法的误差相对较小。

2.3 低浓度(0.2%～0.4%)表面活性剂检测

2.3.1 标准曲线绘制

氮、硫含量测定法的标准曲线如图5和6所示。

2.3.2 未知样品浓度检测

配制6个样品：其中3个为配制的标准样品，3个为配制的已知浓度待测样品。每个样品均检测2次，取平均值，将该值与配制的标准浓度对比，计算检测误差。检测结果如表3所示。

由表3可知，在检测低浓度(0.2%～0.4%)的表面活性剂样品时，2种检测方法的误差均很大，都在30%范围内。氮含量检测法的检测误差相对较小一些。

造成该样品低浓度的测量误差较大的原因主要是：氮或硫含量测定法的峰值面积均不稳定，绘制的标准曲线仍是各个散点的趋势线。分析造成峰值面积不稳定的主要因素有：表面活性剂的类型;氮或硫含量测定法的选取;此外，样品浓度较低时，测量结果的小波动易对测量精度造成较大影响。

综合0～0.2%和0.2%～0.4%2段低浓度区间的检测结果可知，氮、硫含量检测法均存在一定的误差，氮含量检测法的误差相对要小一些。同时，细分低浓度区间(0～0.4%)，虽在一定程度上能提高测量的精度，但提高幅度有限。因此，在实际检测过程中，对于低浓度区间(0～0.4%)的该表面活性剂样品，可采用低浓度区间(0～0.4%)一条标准曲线进行测量。

3 结论

1)硫氮分析仪可用于检测含硫或者氮元素的表面活性剂样品的浓度。

2)对于浓度较高的该表面活性剂样品溶液(浓度≥5%)，采用硫含量检测法能提高测量精度，误差范围在8%以内。

3)浓度(0～0.2%)的该表面活性剂样品溶液，氮含量检测法误差在40%范围内，硫含量检测法误差在50%范围内。氮含量检测法的误差相对较小。

4)浓度(0.2%～0.4%)的该表面活性剂样品溶液，2种检测方法的误差均很大，都在30%范围内。氮含量检测法的检测误差相对较小一些。

[1]丁颖，袁英同，吕少军，等.表面活性剂在三次采油中的应用及展望[J].内蒙古石油化工，2004，30(6):121-123.

[2]隋智慧.驱油用表面活性剂的研究[J].精细石油化工进展，2005，6(1):7-11.

[3]赵有刚，梁成浩，张志军.三次采油用抗盐性表面活性剂的制备及应用[J].化工技术与开发，2005，34(6):18-21.

[4]程世贤.电导滴定法测定离子型表面活性剂浓度[J].广州化工，2000，28(2):32-35.

[5]李安华，孙国萍，许玫英.表面张力曲线法测定生物表面活性剂的浓度[J].微生物学通报，2010，37(7):1083-1087.

[6]M Heyd，A Kohnert，TH Tan，et al.Development and trends of bio-surfactant analysis and purification using rhamnolipids as an example[J].Analytical and Bio-analytical Chemistry，2008，391(5):1579-1590.

[7]R Sen，T Swaminathan.Application of response-surface methodology to evaluate the optimum environmental conditions for the enhanced production of surfacting[J].Appl Microbiol Biotechnol，1997，47(4):358-363.

[8]卢国满，刘红玉，曾光明，等.表面活性剂浓度与表面张力-稀释倍数积分值的关系研究[J].分析科学学报，2007，23(2): 133-136.

[9]陈影.双子表面活性剂浓度的测量方法[J].辽宁化工，2013，42(1):103-106.

[10]孙灵辉.油相中表面活性剂浓度测定方法探讨[J].油气田地面工程，2007，26(3):23-29.

[11]王锐，孟静.三次采油中阴离子表面活性剂浓度的测定[J].山东化工，2010，26(3):23-29.

The content of sulfur or nitrogen in a surfactant sample was detected by sulfur nitrogen analyzer，so as to determine the concentration of the surfactant.For the sample of a surfactant with different concentrations，the measurement accuracies of the surfactant concentration obtained by detecting sulfur and nitrogen separately are studied and comprised.The results show that for the surfactant solution samples of higher concentration(concentration is more than or equal to 5%)，the sulfur content determination method can effectively improve the measurement accuracy，the measurement error less than 8%;for the surfactant solution samples of lower concentration(concentration is less than or equal to 0.4%)，two kinds of detection methods have great error，the measurement accuracy of nitrogen content determination method is relatively high.The measurement error can be slightly decreased by standard curve segmentation，but the decline is little.It is verified that the determination of surfactant concentration by detecting sulfur or nitrogen content in the surfactant using sulfur nitrogen analyzer is feasible.

sulfur nitrogen analyzer;standard curve;surfactant detection

尉立岗

2015-04-27

孙刚(1975-)，男，现主要从事三次采油研究工作。