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沥青质给石油的开采、加工带来了严重危害。了解沥青质的化学组成不仅是石油化学研究的重要内容,也可以为解决上述问题提供理论指导。高分子量沥青质(HMA)是沥青质中结构最复杂的部分,HMA分子中的芳核结构、侧链结构、含硫结构、含氮结构等已有广泛研究,而由于含氧官能团类型众多,结构较为复杂,目前的研究主要集中在酸类和酚类物质,其他含氧官能团鲜有涉及。酯类结构是天然有机分子中常见的含氧官能团,也易由醚类氧化生成,酯类化合物是HMA分子中含氧官能团的重要组成部分;所以对酯类官能团的定性及定量研究有着重要的意义。
本论文选取委内瑞拉原油正庚烷沥青质和辽河原油正庚烷沥青质为研究对象,利用极性溶剂抽提法分离出沥青质中的低分子量沥青质(LMA)和高分量沥青质(HMA),并采用凝胶渗透色谱(GPC)及电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱(ESIFT-ICRMS)等手段考察了分离效臬。GPC结果表明,极性溶剂抽提法的分离效果明显;ESIFT-ICRMS分析结果表明,LMA富集了沥青质中较易电离的组分,而HMA的电离效果较差,质谱结果与LMA存在很大差异。
沥青质水解产物的后处理方法对分析结果影响很大。本论文选取辽河HMA为研究对象,采用气相色谱(GC)及电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱(ESIFT-ICRMS)等手段考察了萃取法及碱性硅胶柱层析法两种不同的后处理方法对分析结果的影响,结果表明碱性硅胶柱层析法可以有效减少水解产物中长链酸的损失,且操作步骤简单。
委内瑞拉高分子量沥青质(HMA-A)和辽河高分子量沥青质(HMA-B)的水解产物经过碱性硅胶柱层析处理后,可以得到一系列醇类及羧酸类化合物。GC结果表明,HMA-A生成的这两类物质的含量均低于HMA-B;酯键结构对HMA-A和HMA-B中氧含量的贡献分别为1.52%、3.98%;结合GPC与1HNMR数据可以得出,平均一个HMA-A和HMA-B分子中分别有0.04和0.10个酯键结构;ESIFT-ICRMS结果显示,水解产物中存在O1～O5多种类型的醇类及O2～O6多种类型的酸类,说明HMA分子中不仅存在简单的一元酯类化学键,而且存在多元酯键交联的结构,这种交联结构可能也是影响沥青质分子量的重要因素。根据FT-ICRMS对水解产物的分析,初步评估高分子量沥青质中一元酯类化合物的分子量的最大值。