Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Определение содержания ароматических углеводородов в минеральных маслах методом ЯМР-релаксации

М.Г. Фазлыйяхматов^1,2, И.Н. Шаманов¹, Б.В. Сахаров^1,3, Н.М. Хасанова¹, М.А. Варфоломеев¹, Г.Г. Самосоров⁴, М.О. Пастухов⁴

¹Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия
²Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, г. Казань, 420111, Россия
³Федеральное бюджетное учреждение науки «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии», п. Оболенск, г.о. Серпухов, Московская обл., 142279, Россия

⁴Центральное экспертно-криминалистическое таможенное управление, г. Москва, 125130, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2023.2.322-339

Для цитирования: Фазлыйяхматов М.Г., Шаманов И.Н., Сахаров Б.В., Хасанова Н.М., Варфоломеев М.А., Самосоров Г.Г., Пастухов М.О. Определение содержания ароматических углеводородов в минеральных маслах методом ЯМР-релаксации // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2023. Т. 165, кн. 2. С. 322–339. doi: 10.26907/2542-064X.2023.2.322-339.

For citation: Fazlyyyakhmatov M.G., Shamanov I.N., Sakharov B.V., Khasanova N.M., Varfolomeev M.A., Samosorov G.G., Pastukhov M.O. Determination of the aromatics content in mineral oils by LF NMR. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 2, pp. 322–339. doi: 10.26907/2542-064X.2023.2.322-339. (In Russian)

Аннотация

Анализ особенностей молекулярно-группового состава минеральных масел позволяет предсказывать эксплуатационные качества будущего смазочного материала и оценивать совместимость масла-пластификатора с каучуками. Методом импульсной низкочастотной ЯМР-релаксации установлен молекулярно-групповой состав 11 образцов минеральных масел и рассчитаны соотношения ароматических и неароматических углеводородов в них. ЯМР-измерения проводились на ЯМР-анализаторе «Хроматэк-Протон 20М» с частотой ¹H резонанса 20 МГц. Сущность предложенного метода заключается в регистрации амплитудно-временных зависимостей сигналов спада свободной индукции, определении общей амплитуды сигнала и относительной амплитуды сигнала, отнесенной на единицу массы образца, и вычислении доли ароматических углеводородов в образце. Проведен сравнительный анализ полученных результатов исследований с данными стандартного хроматографического метода. Показана высокая степень корреляции (R² = 0.99) результатов.

Ключевые слова: ЯМР-релаксация, ССИ, минеральные масла, относительный водородный индекс, относительная протонная плотность, RHI

Литература

Тупикин Е.И. Общая нефтехимия. СПб.: Лань, 2021. 320 c. URL: https://e.lanbook.com/book/179621/ (дата обращения: 27.04.2023).
Поконова Ю.В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 172 с.
Химия нефти / под ред. З.И. Сюняева. Л.: Химия, 1984. 360 с.
Ивашкина Е.Н., Юрьев Е.М., Кривцова Н.И., Белинская Н.С. Технология переработки нефти и газа. Томск: ТПУ, 2021. 172 с. URL: https://e.lanbook.com/book/246131/ (дата обращения: 27.04.2023).
Уханов А.П., Уханов Д.А., Глущенко А.А., Хохлов А.Л. Эксплуатационные материалы. СПб.: Лань, 2022. 528 c. URL: https://e.lanbook.com/book/264500/ (дата обращения: 27.04.2023).
Ранд С.Дж. Анализ нефтепродуктов. Методы, их назначение и применение / пер. с англ. под ред. Е.А. Новикова, Л.Г. Нехамкиной. СПб.: ЦОП «Профессия», 2012. 664 с. URL: https://znanium.com/catalog/product/1859930/ (дата обращения: 28.04.2023).
Заглядова С.В., Антонов С.А., Маслов И.А., Китова М.В., Рудяк К.Б., Лейметер Т.Д. Технологии производства экологически безопасных масел-пластификаторов // Нефтехимия. 2017. Т. 57, № 6. С. 726–736.
ASTM D2549-02(2017). Standard Test Method for Separation of Representative Aromatics and Nonaromatics Fractions of High-Boiling Oils by Elution Chromatography. West Conshohocken, 2023. 6 p. doi: 10.1520/D2549-02R17.
ASTM D2007-11(2016). Standard Test Method for Characteristic Groups in Rubber Extender and Processing Oils and Other Petroleum-Derived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Method. West Conshohocken, 2020. 8 p. doi: 10.1520/D2007-11R16.
Единая товарная номенклатура ВЭД ЕАЭС и единый таможенный тариф ВЭД ЕАЭС. 2023. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_397176/ (дата обращения: 28.04.2023).
Manheim J., Zhang Y., Viidanoja J., Kenttämaa H.I. An automated method for chemical composition analysis of lubricant base oils by using atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2019. V. 30, No 10. P. 2014–2021. doi: 10.1007/s13361-019-02284-6.
Hourani N., Muller H., Adam F.M., Panda S.K., Witt M., Al-Hajji A.A., Sarathy S.M. Structural level characterization of base oils using advanced analytical techniques // Energy Fuels. 2015. V. 29, No 5. P. 2962–2970. doi: 10.1021/acs.energyfuels.5b00038.
Lee S., Palacio Lozano D.C., Jones H.E., Shin K., Barrow M.P. Characterization of mineral and synthetic base oils by gas chromatography-mass spectrometry and Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry // Energy Fuels. 2022. V. 36, No 22. P. 13518–13525. doi: 10.1021/acs.energyfuels.2c02437.
Mäkelä V., Karhunen P., Siren S., Heikkinen S., Kilpeläinen I. Automating the NMR analysis of base oils: Finding naphthene signals // Fuel. 2013. V. 111. P. 543–554. doi: 10.1016/j.fuel.2013.04.020.
Sharma B.K., Adhvaryu A., Perez J.M., Erhan S.Z. Effects of hydroprocessing on structure and properties of base oils using NMR // Fuel Process. Technol. 2008. V. 89, No 10. P. 984–991. doi: 10.1016/j.fuproc.2008.04.001.
Sarpal A.S., Kapur G.S., Mukherjee S., Jain S.K. Characterization by ¹³C n.m.r. spectroscopy of base oils produced by different processes // Fuel. 1997. V. 76, No 10. P. 931–937. doi: 10.1016/S0016-2361(97)00085-9.
Wu Y.-W., Li B.-N., Liu L.-L., Ouyang J. Research progress of analysis of mineral oil hydrocarbons using on-line high performance liquid chromatography coupled with gas chromatography // Chin. J. Anal. Chem. 2021. V. 49, No 3. P. 341–349. doi: 10.1016/S1872-2040(21)60084-1.
Palmentier J.-P.F., Britten A.J., Charbonneau G.M., Karasek F.W. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in lubricating oil base stocks using high-performance liquid chromatography and gas chromatography–mass spectrometry // J. Chromatogr. A. 1989. V. 469. P. 241–251. doi: 10.1016/S0021-9673(01)96459-3.
Khanmohammadi M., Garmarudi A.B., de la Guardia M. Characterization of petroleum-based products by infrared spectroscopy and chemometrics // TrAC, Trends Anal. Chem. 2012. V. 35. P. 135–149. doi: 10.1016/j.trac.2011.12.006.
ASTM D7171-20. Standard Test Method for Hydrogen Content of Middle Distillate Petroleum Products by Low-Resolution Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. West Conshohocken, 2020. 6 p. doi: 10.1520/D7171-20.
Standard Method for Hydrogen Content in Fuels. 2023. URL: https://nmr.oxinst.com/assets/uploads/Standard-Method-for-Hydrogen-Content-in-Fuels-ASTM-D7171-05-Updated-23-11-20.pdf/ (дата обращения: 18.05.2023).
Определение содержания парафина в нефтепродуктах. 2023. URL: https://www.avroratest.ru/upload/medialibrary/627/6274e0eee05e640fb9358904fabb1e97.pdf/ (дата обращения: 18.05.2023).
ASTM D7042-16e3. Standard Test Method for Dynamic Viscosity and Density of Liquids by Stabinger Viscometer (and the Calculation of Kinematic Viscosity). West Conshohocken, 2020. 13 p. doi: 10.1520/D7042-16E03.
Bryan J., Kantzas A., Bellehumeur C. Oil-viscosity predictions from low-field NMR measurements // SPE Reservoir Eval. Eng. 2005. V. 8, No 1. P. 44–52. doi: 10.2118/89070-PA.
Morgan V.G., Barbosa L.L., Lacerda V., Jr., de Castro E.V.R. Evaluation of the physicochemical properties of the postsalt crude oil for low-field NMR // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53, No 21. P. 8881–8889. doi: 10.1021/ie500761v.
Barbosa L.L., Montes L.F., Kock F.V.C., Morgan V.G., Souza A., Song Y.-Q., Castro E.R.V. Relative hydrogen index as a fast method for the simultaneous determination of physicochemical properties of petroleum fractions // Fuel. 2017. V. 210. P. 41–48. doi: 10.1016/j.fuel.2017.08.057.
Volkov V.Y., Sakharov B.V., Khasanova N.M., Nurgaliev D.K. Analysis of the composition and properties of heavy oils in situ by low field NMR relaxation method // Georesources. 2018. V. 20, No 4. P. 308–323. doi: 10.18599/grs.2018.4.308-323.
Volkov V.Y., Al-Muntaser A.A., Varfolomeev M.A., Khasanova N.M., Sakharov B.V., Suwaid M.A., Djimasbe R., Galeev R.I., Nurgaliev D.K. Low-field NMR-relaxometry as fast and simple technique for in-situ determination of SARA composition of crude oils // J. Pet. Sci. Eng. 2021. V. 196. art. 107990. doi: 10.1016/j.petrol.2020.107990.
Galeev R.I., Sakharov B.V., Khasanova N.M., Volkov V.Y., Fazlyyyakhmatov M.G., Shamanov I.N., Emelianov D.A., Kozlova E.V., Petrashov O.V., Varfolomeev M.A., Nurgaliev D.K. Novel low-field NMR method for characterization content and SARA composition of bitumen in rocks // J. Pet. Sci. Eng. 2022. V. 214. art. 110486. doi: 10.1016/j.petrol.2022.110486.
ASTM D4124-09(2018). Standard Test Method for Separation of Asphalt into Four Fractions. West Conshohocken, 2018. 8 p. doi: 10.1520/D4124-09.

Поступила в редакцию 19.06.2023

Принята к публикации 24.07.2023

Фазлыйяхматов Марсель Галимзянович – кандидат технических наук, научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты» Института геологии и нефтегазовых технологий; доцент кафедры электронных и квантовых систем передачи информации

Казанский (Приволжский) федеральный университет