基于同步荧光光谱和TLC-FID指纹特征的溢油鉴别方法

摘要

随着海洋石油工业和海上石油运输业的迅速发展，海上石油勘探、开发、海底管线铺设及运输规模不断扩大，海面溢油事故时有发生。频繁发生的溢油事故严重危害了海洋生态环境，逐渐引起公众的重视。准确找出溢油来源，对于科学地评价和预测油污染对海洋生态环境的影响、合理地解决法律纠纷、建立海洋环境管理法律法规及海面溢油应急系统具有重要的实际意义。
　　 本文测定了4个来源的28种原油的同步荧光光谱及TLC-FID指纹图谱，并考察了其中2种原油风化过程的同步荧光光谱及TLC-FID指纹图谱，对28种原油及2种风化油样的特征指纹图谱进行了相似性分析、聚类分析及主成分分析。提出了应用油品特征同步荧光光谱及TLC-FID指纹特征结合化学计量学中的相似性分析、聚类分析、主成分分析的溢油鉴别方法，主要研究内容及成果如下：
　　 首先，概述了现阶段国内外海面溢油污染现状；简述了海面溢油对海洋环境的危害；阐述了油指纹鉴别分析技术的研究现状，简要介绍了红外光谱法(IR)、荧光光谱法(fluorescence spectroscopy)、气相色谱法(GC-FID)、气相色谱-质谱法(GC-MS)、及薄层色谱法(TLC)的特点和它们在油指纹鉴别中的应用现状；简述了化学计量学在油指纹鉴别中的应用情况。在此基础上，指出了本文的创新点，明确了本文的研究意义。
　　 其次，建立了28种原油的特征同步荧光光谱数据库。在比较了波长差为10nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm时28种原油同步荧光光谱图之后，综合考虑不同波长差条件下的谱图结构及谱峰强度，选定波长差为25nm的原油同步荧光光谱图，对其进行平滑、归一化等一系列数据预处理，选取波段在250nm-450nm范围的同步荧光光谱作为其特征同步荧光光谱；从五个特征：①谱图总体形状，②峰的数目，③对应于每个峰的波长，④主要峰强度的比率，⑤光谱图的轮廓，对28种原油进行了特征同步荧光光谱图的配比；应用Exce12003分析了28种原油特征同步荧光光谱的相似性；应用SPSS11.5对28种原油特征同步荧光光谱进行了聚类分析：结果表明，化学计量学方法结合原油特征同步荧光光谱能够正确区分陆相、海相等两种不同成因的原油，能够对不同产地来源的原油进行粗分，能够将渤海平台的原油全部归为一类。
　　 第三，建立了28种原油的TLC-FID特征指纹数据库。在前人的研究基础上，改良了TLC-FID的展开剂及展开高度，改良的TLC-FID展开条件能够较好地分离原油SARA族组分，将TLC-FID技术在石油领域的应用范围由渣油、重质油分析拓展到原油分析；对28种原油进行TLC-FID分析，建立了它们的TLC-FID特征指纹图谱；对28种原油SARA族组分相对百分含量进行相似性分析及聚类分析；结果表明，化学计量学方法结合原油TLC-FID特征指纹图谱能够正确区分陆相、海相等两种不同成因的原油，能够对不同产地来源的原油进行粗分，能够将渤海平台的原油全部归为一类。
　　 第四，成功鉴别了室外模拟风化油样的归属。对28种原油中的2种原油进行了为期22天的室外模拟风化实验，并对风化油样进行了同步荧光光谱及TLC-FID分析。在建立的28种原油特征同步荧光光谱数据库及TLC-FID特征指纹数据库的基础上，通过谱图配比结合化学计量学中的主成分分析，成功地完成了室外模拟风化油样的归属鉴别。
　　 通过以上研究，本文建立了同步荧光光谱及TLC-FID指纹特征结合相似性分析、聚类分析及主成分分析的溢油鉴别方法，在溢油的快速初步鉴别中有一定应用价值。

目录

文摘

英文文摘

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引言

1 海面溢油污染现状

1.1 国外海面溢油污染现状

1.2 国内海面溢油污染现状

2 海面溢油的危害

3 油指纹鉴别分析技术研究现状

3.1 油指纹鉴别的概念

3.2 油指纹鉴别分析技术研究现状

4 化学计量学在油指纹鉴别中的应用

5 本论文的创新点和研究意义

5.1 创新点

5.2 研究意义

第一章 油品的特征同步荧光光谱及数字化识别

1 引言

2 实验部分

2.1 油样来源

2.2 仪器与试剂

2.3 纯油样的制备λ

2.4 荧光分析油样准备

2.5 同步荧光分析仪器条件

3 结果与讨论

3.1 原油的同步荧光光谱

3.2 原油特征同步荧光光谱的提取

3.3 原油特征同步荧光光谱图配比

3.4 原油特征同步荧光光谱的相似性

3.5 原油特征同步荧光光谱聚类分析

4 结论

第二章 油品的TLC-FID指纹特征及数字化识别

1 引言

2 实验部分

2.1 油样来源

2.2 仪器与试剂

2.3 纯油样的制备

2.4 TLC-FID分析油样准备

2.5 TLC-FID条件

3 结果与讨论

3.1 TLC-FID展开条件的选择

3.2 原油族组分相对含量百分比

3.3 原油TLC-FID特征指纹图谱

3.4 原油TLC-FID特征指纹图谱的相似性

3.5 原油TLC-FID特征指纹图谱聚类分析

4 结论

第三章 应用同步荧光光谱和TLC-FID指纹特征鉴别溢油-具体案例分析

1 引言

2 实验部分

2.1 室外模拟风化实验

2.2 风化分析油样制备

2.3 风化油样同步荧光扫描及TLC-FID分析

3 结果与讨论

3.1 风化油样的特征同步荧光光谱分析

3.2 风化油样的TLC-FID特征指纹分析

3.3 风化油样及未风化油样特征同步荧光光谱图的配比

3.4 油样特征同步荧光光谱的主成分分析

3.5 风化油样及未风化油样As相对百分含量配比

4 结论

结论

参考文献

附录——缩略词注释

致谢