HPLC、GC-MS、1H NMR、13C NMR这都是干什么的?(上)

2022-02-17 07:08:52

深度：大学通俗度：雅

今天咱们说点阳春白雪，使用一些高级方法来测定基础油组分的差异，当然主要还是石蜡基。

本篇内容并未对实验方法本身做过多介绍，主要侧重于介绍检测结果对我们的意义和价值，如有兴趣想知道具体的实验方法，我们可以考虑在实验方法的章节重点介绍。

第一个方法是基础油碳结构的族组成，以ASTMD2140(SH/T 0725) 为例，首先测量基础油在一定温度下的密度、粘度和折射率这些简单的基础参数，然后通过计算得出C_A值、C_P值和C_N值。这三个数值分别代表芳烃、石蜡烃和环烷烃的碳数在整个基础油总碳数的占比。这个方法比较简单，也最实用，工厂都可以用。但该方法的局限性是只能分析基础油属于什么类型的基础油，环烷or石蜡，大概每种组分占比有多大。无法继续细分，比如直链烷烃是什么结构？环烷有几环？因此属于入门级别的分析结构方法，但大部分的基础油的数据检测结论中都是用的这个测试数据。这个检测方法有很多，但报告的数据都是那三个百分数。

第二个是光谱：

对咱们这个行业来说，用的最多的是紫外光谱和红外光谱，对于这两个方法我想大家都不陌生，说白了就是光照，不同的组分对不同光的吸收度是不一样的，就像白纸和黑纸对太阳光的吸收程度不一样，但如果要定量分析组分，这两个方法就差一些了。

先说说紫外光谱，这个东东实际上现在最主要用途是分析芳烃，而大部分的测试其实都集中在白油的检测上，前面我们没仔细说，实际上白油也是精炼的基础油，而且是特殊的基础油，属于麻将中的白板，但这个白板最苛刻的内容就是芳烃含量，尤其是食品级的白油对芳烃的含量控制要求非常低，测定的方法就是用近紫外光吸收度。这一点我们后续介绍白油的时候会细说。

红外，这个大家更熟悉，而且它是个大咖，因为它不仅仅能分析新油，还可以分析旧油，不仅仅可以测基础油，还能测成品油，还可以测旧油的添加剂、酸值、乙二醇含量、氧化度、硝化度、燃油稀释等等很多很多其他的事。我们绕不开它，但，在这里我们说的是基础油领域，实际上红外对于基础油来说，最大的贡献在于合成油的区分，因为大部分的合成油都具有典型的官能团，比如酯类、醚类、醇类。他们的吸收峰的位置都不一样，用的好的检测人员，使用红外是可以分析出盲样使用了哪一类的基础油。我就知道国内有一些这样的高手专门从事这个。但对于矿物油来说，2类油和3类油这种纯烃类物质，它基本上就怂了，一般来说，它无法分辨更具体的组分，它的功能也就只能分析分析族组成，具体结构分析不是它的强项。

第三个要介绍的是色谱

简单说一下色谱，这可是分析化学中大神一般的工具；其实，它主要的强项在于分离，然后才是分析。

色谱的分析方法有很多，但用于润滑油领域的可就没那么多了；

行业内的一个方法：薄层色谱法测定族组成SH/T0753（TLC），这个实验结果和族组成的结果类似，不同的是它测算的是饱和烃、芳烃和极性化和物（胶质和沥青质）这三者的分别含量，所以一看这分离出的物质就不是给石蜡基润滑油准备的，因此这光怕是借不上了；

经典色谱柱法（LC），这个方法的最大的作用是可以分离饱和环烷、芳烃、胶质等物质，同时为后续更进一步的成分分析作前期的分离工作。也就是说，这哥们只能干一些粗活，作个厨房的小杂工，大厨还在后面。同时这个法子检测的时间也比较长。

高效液相色谱法（HPLC）：这个方法用来分析高沸点的重质油有独到之处，主要是分析芳烃和胶质，但也有人用来分析基础油的，我国于2014年按照ASTMD7419修改成了一个行业内的标准，标准号是SH/T0885，很多人不了解这个标准。因为该标准主要分析的组分是总芳烃和总饱和烃，但对于高级的石蜡基基础油，芳烃被剔除的很干净，有的连1%都不到，因此这个方法其实对石蜡基没啥意义，但对环烷基或中间基的基础油则有一定的价值。这个方法是中石油兰州研发中心的同志们制定的，赞一个，他们也许能用的上，可以分析环烷基基础油。

凝胶渗透色谱（GPC）：这个色谱一般很少用于润滑油方面的研究，它的主要的成果是组分的平均分子量，可分子量的这个结果对我们分析构造的意义却不是很大，尤其是分子量非常接近的一些部分，就更难。

最后当然就是咱们领域内最常用的气相色谱-质谱联用（GC-MS）了，说这个之前，我们得提一提质谱。

第四、质谱：质谱对于分析有机物质的能力，绝对是个一流高手，它可以看出基础油中链烷烃有多少，环烷有多少，一环、二环直到六环分别占多大比例，甚至芳烃具体的品种、占比都可以看出来，什么蒽、萘、各种PAHs，统统可以测，简直是透视眼一般的存在。而且相对于色谱来说，更准确，效率也更高。

所以，大家常用的法子就是用先色谱分离，然后用质谱进行分析。

这里我们上一个图把，看看质谱的分析能力。