Газовая хроматография (ГХ) является ключевым инструментом для анализа легких углеводородов, ароматических и алифатических соединений. Основной принцип заключается в разделении компонентов смеси при их прохождении через колонку с неподвижной фазой под действием подвижного газа. Современные газовые хроматографы оснащены высокочувствительными детекторами: термическими проводимостью (TCD), пламенно-ионизационным (FID) и масс-спектрометрическими (GC-MS) детекторами. В нефтехимии ГХ применяется для контроля состава фракций нефти, определения примесей и мониторинга процессов крекинга и каталитического реформинга.
Жидкостная хроматография (ВЭЖХ) используется для анализа высокомолекулярных и полярных соединений, включая смолы, асфальтены и кислые компоненты нефти. ВЭЖХ с детекторами УФ/видимого диапазона или рефрактометрическими детекторами позволяет получать количественные и качественные характеристики сложных смесей. В последние годы активно внедряются высокоэффективные жидкостные хроматографы (HPLC) с узкими колонками и градиентным элюированием, обеспечивающие высокую разрешающую способность.
ИК-спектроскопия позволяет идентифицировать функциональные группы в углеводородных соединениях, таких как алифатические и ароматические углеводороды, кислые и сульфурные компоненты. Методы Фурье-преобразованной инфракрасной спектроскопии (FTIR) обеспечивают быстрый анализ и высокую точность, особенно при контроле процессов каталитического гидроочищения.
УФ-видимая спектроскопия используется для изучения ароматических соединений, особенно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), а также для контроля степени ароматизации бензиновых и дизельных фракций. Комбинация УФ-спектроскопии с жидкостной хроматографией позволяет повысить селективность анализа.
ЯМР-спектроскопия (ядро-магнитно-резонансная) обеспечивает детальное изучение структур углеводородов, позволяет определять типы углеродных скелетов и функциональные замещения. Особенно ценно применение ^13C-ЯМР для изучения смесей углеводородов и оценки степени изомеризации.
Масс-спектрометрия (МС) является универсальным методом для идентификации молекулярных масс и структурных особенностей углеводородов. Современные GC-MS и LC-MS системы позволяют проводить качественный и количественный анализ сложных нефтяных фракций с высокой точностью. Высокое разрешение масс-спектрометров дает возможность выявлять компоненты на уровне следов (ppb), что важно для контроля примесей серы, азота и кислородсодержащих соединений.
Матрица-ассоциированная лазерная десорбционно-ионизационная масс-спектрометрия (MALDI-MS) и электроспрейная ионизация (ESI) применяются для анализа высокомолекулярных нефтяных фракций, смол и асфальтенов, позволяя исследовать молекулярные распределения и полиморфизм компонентов.
Методы потенциометрии и вольтамперометрии применяются для анализа следов металлов, катализаторов и редких примесей в углеводородах. Высокочувствительные сенсоры на основе наноматериалов обеспечивают низкие пределы обнаружения и возможность интеграции с автоматизированными системами контроля качества.
Термогравиметрический анализ (TGA) используется для изучения термической стабильности углеводородов, смол и асфальтенов, определения содержания летучих компонентов и остатка после термического разложения. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) позволяет оценивать тепловые эффекты фазовых переходов, кристаллизации и окисления, что важно при разработке топливных и нефтехимических продуктов.
В нефтехимии активно используются гибридные аналитические системы, объединяющие хроматографию, спектроскопию и масс-спектрометрию. Например, GC×GC-MS позволяет осуществлять двумерное хроматографическое разделение с последующей масс-спектрометрической идентификацией, что критично для анализа сложных смесей нефти и продуктов крекинга. Аналогично, сочетание ВЭЖХ с высокоразрешающей МС позволяет исследовать полярные и высокомолекулярные компоненты.
Автоматизация и цифровизация аналитики становятся ключевыми направлениями, обеспечивая непрерывный мониторинг производственных процессов, минимизацию человеческого фактора и возможность применения методов машинного обучения для обработки больших массивов данных.
Современные аналитические приборы являются фундаментальной основой нефтехимического производства, обеспечивая контроль качества, безопасность процессов и оптимизацию каталитических и термических технологий.