一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法及其应用

1.本技术涉及一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法及其应用，属于分析化学领域。


背景技术：

2.在油气开采过程中，油气管材往往面临严重的腐蚀问题。在众多腐蚀防护措施中，缓蚀剂具有成本低，操作简单，不影响金属材料的机械性能，使用灵活等优点，被认为是抑制碳钢管材腐蚀最为经济有效的方法之一。在国内外油田使用的缓蚀剂中咪唑啉类缓蚀剂的用量最大。然而，随着缓蚀剂在油田环境中服役时间的延长，其有效质量浓度将会降低，进而影响其防腐效果。因此，需要对油田现场采出水中缓蚀剂的残余浓度进行检测，以便制定更合理有效的加药周期，确定最为经济的加药量，从而确保缓蚀剂的防护效果。
3.目前，能够实现缓蚀剂浓度检测的方法众多，包括交流阻抗法、液相色谱法、荧光光谱法、两相滴定法、萃取显色法、红外分光光谱法、紫外-可见分光光度法等。然而，上述绝大多数方法不具备实现油田现场缓蚀剂残余浓度快速检测的仪器条件，或者对水样预处理要求较高、测试操作较为复杂等等，并不能满足在油田现场对采出水缓蚀剂残余浓度进行快速且准确检测的需求。
4.相比较而言，紫外-可见分光光度法具有谱图简单、灵敏度高、检出限低、操作简便快速等优点，能够满足油气田现场缓蚀剂浓度快速检测的需求，被普遍认为是适用于油田现场咪唑啉类缓蚀剂浓度检测的有效方法之一；然而，紫外-可见分光光度法的检测精度受到众多因素的影响，其中管材腐蚀产生的fe
3
对咪唑啉类缓蚀剂浓度检测产生严重干扰。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，提供了一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法及其应用，能够快速且准确地对油田现场采出水中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度进行检测，消除了fe
3
对咪唑啉类缓蚀剂浓度检测的干扰，提高了检测精度。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，包括以下步骤：取采出水样品，过滤除去其中影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；然后分别采用紫外-可见分光光度计和铁离子分析仪测量待测样品的吸光度和fe
3
浓度，根据标准曲线计算采出水样品中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
8.优选地，当待测样品中不含fe
3
时，依据cr＝a/k计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度；
9.所述a为待测样品的吸光度，k为相关系数。
10.优选地，当待测样品中含有fe
3
时，依据计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度；
11.所述为待测样品的fe
3
浓度，a为待测样品的吸光度，k为相关系数。
12.优选地，待测样品的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度为0-300ppm，待测样品的fe
3
浓度为
0-56ppm。
13.优选地，所述咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法还包括以下步骤：
14.取咪唑啉类缓蚀剂样品配制2种浓度的咪唑啉类缓蚀剂溶液，并分别测定二者的特征吸收峰波长λ和吸光度a，绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝kc，即确定相关系数k值。
15.优选地，所述咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法包括以下步骤：
16.(1)取咪唑啉类缓蚀剂样品，配制2种不同浓度的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝kc，即确定相关系数k值；
17.(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其中影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品，采用紫外-可见分光光度计在波长λ处测量待测样品的吸光度a；
18.(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中是否含有fe
3
，并测量其浓度c
fe3
；
19.(4)当待测样品中不含fe
3
时，依据cr＝a/k计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度；
20.(5)当待测样品中含有fe
3
时，依据计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
21.优选地，所述紫外-可见分光光度计的扫描波长范围为200-600nm。
22.优选地，所述咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测误差低于10ppm。
23.根据本技术的另一个方面，提供了如上所述的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法在检测油田现场咪唑啉类缓蚀剂残余浓度中的应用。
24.本技术中，“咪唑啉类缓蚀剂”为含有咪唑啉的缓蚀剂，在此对咪唑啉的种类不做具体限定。
25.本技术的有益效果包括但不限于：
26.本技术的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，能够快速且准确地对油田现场采出水中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度进行检测，消除了fe
3
对咪唑啉类缓蚀剂浓度检测的干扰，提高了检测精度，为实现油田现场采出水咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的快速检测提供了一种可行的策略，同时便于后续制定更合理有效的加药周期，确定最为经济的加药量，从而确保咪唑啉类缓蚀剂的防护效果，有利于推广应用。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本技术中在含不同浓度fe
3
溶液中100ppm某商用咪唑啉类缓蚀剂的紫外吸收光谱。
29.图2为本技术中fe
3
浓度对某商用咪唑啉类缓蚀剂吸光度的影响。
30.图3为本技术中含fe
3
溶液中某商用咪唑啉类缓蚀剂浓度与吸光度的关系。
31.图4为本技术中fe
3
浓度与其吸光度的关系。
32.图5为本技术中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法流程简图。
具体实施方式
33.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
34.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
35.1、铁离子的影响
36.含不同浓度的fe
3
溶液中100ppm某商用咪唑啉类缓蚀剂的紫外吸收光谱，如图1所示。当fe
3
浓度较低时，仍可在234nm波长处检测到某商用咪唑啉类缓蚀剂的特征吸收峰。随着fe
3
浓度的增加，紫外吸收光谱发生明显变化，在较广的波长范围内紫外吸收光谱强度显著增加。当fe
3
浓度的增加到56ppm时，某商用咪唑啉类缓蚀剂的特征吸收峰被fe
3
产生的高强度紫外吸收光谱掩盖。当溶液中fe
3
增加到一定浓度(如280ppm)后，在缓蚀剂特征吸收峰周围一定的波长范围内光谱强度已经超过了紫外-可见分光光度法的最大检测极限(吸光度极限值为4)。上述结果证实fe
3
会对缓蚀剂浓度检测产生严重干扰。因此，在缓蚀剂浓度检测过程中需要去除fe
3
的影响。
37.fe
3
浓度对某商用咪唑啉类缓蚀剂吸光度的影响，如图2所示。fe
3
浓度与缓蚀剂吸光度存在良好的线性相关性，缓蚀剂浓度的变化不改变二者的线性变化斜率。此外，在某商用咪唑啉类缓蚀剂浓度为200ppm和fe
3
浓度为56ppm时，吸光度达到了极限值，其处于二者线性关系曲线上，这意味着进一步提高fe
3
浓度将无法测量缓蚀剂溶液的吸光度。结合图1，可以认为采用紫外-可见分光光度法检测某商用咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的临界fe
3
浓度为56ppm(56mg/l)。
38.含不同浓度fe
3
环境中缓蚀剂浓度与吸光度的关系曲线，如图3所示。可见，fe
3
不改变缓蚀剂浓度与吸光度的线性关系。在不同fe
3
浓度下，缓蚀剂浓度与吸光度的线性变化斜率基本与标准溶液(0ppm fe
3
)相同。这说明在某一固定fe
3
浓度条件下fe
3
导致吸光度的增量(即fe
3
的吸光度)为定值，不受缓蚀剂浓度变化的影响。根据图2中fe
3
浓度与吸光度的线性关系，可以确定fe
3
的吸光度与其浓度之间存在线性相关性。为了证实上述推论，从图3中测量的含fe
3
的缓蚀剂溶液的吸光度(fe
3
和缓蚀剂的吸光度之和)中将通过标准溶液测得的缓蚀剂吸光度去除，即可获得不同浓度fe
3
的吸光度，如图4所示。显然，fe
3
浓度与其吸光度存在良好的线性相关性。对测量数据进行线性拟合可得：
[0039][0040]
式中，c
fe3
为fe
3
浓度，ppm；a
fe3
为fe
3
的吸光度。在特定缓蚀剂类型下，a
fe3
不受缓蚀剂浓度影响，仅与fe
3
有关。
[0041]
实施例1
[0042]
一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0043]
(1)取国内某油田现场用咪唑啉类缓蚀剂样品1#，配制100ppm和200ppm的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计在波长为200-600nm的条件下测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ为234nm，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a分别为0.342和0.674；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光
度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝0.0034c，即确定相关系数k值为0.0034；
[0044]
(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其中悬浮颗粒等影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品2ml，采用紫外-可见分光光度计在波长234nm处测量待测样品的吸光度a为0.182；
[0045]
(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中不含有fe
3
；
[0046]
(4)依据cr＝a/k＝0.182/0.0034计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
[0047]
实施例2
[0048]
一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0049]
(1)取国内某油田现场用咪唑啉类缓蚀剂样品2#，配制100ppm和200ppm的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计在波长为200-600nm的条件下测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ为207nm，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a分别为0.562和1.201；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝0.0059c，即确定相关系数k值为0.0059；
[0050]
(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其中悬浮颗粒等影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品2ml，采用紫外-可见分光光度计在波长207nm处测量待测样品的吸光度a为0.291；
[0051]
(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中不含有fe
3
；
[0052]
(4)依据cr＝a/k＝0.291/0.0059计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
[0053]
实施例3
[0054]
一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0055]
(1)取国内某油田现场用咪唑啉类缓蚀剂样品1#，配制100ppm和200ppm的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计在波长为200-600nm的条件下测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ为234nm，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a分别为0.342和0.674；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝0.0034c，即确定相关系数k值为0.0034；
[0056]
(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其中悬浮颗粒等影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品2ml，采用紫外-可见分光光度计在波长234nm处测量待测样品的吸光度a为0.506；
[0057]
(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中含有fe
3
，并测量其浓度c
fe3
为5.6ppm；
[0058]
(4)依据计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
[0059]
实施例4
[0060]
一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，如图5所示，包括以下步骤：
[0061]
(1)取国内某油田现场用咪唑啉类缓蚀剂样品2#，配制100ppm和200ppm的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计在波长为200-600nm的条件下测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ为207nm，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a分别为0.562和1.201；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝0.0059c，即确定相关系数k值为0.0059；
[0062]
(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其
中悬浮颗粒等影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品2ml，采用紫外-可见分光光度计在波长207nm处测量待测样品的吸光度a为0.601；
[0063]
(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中含有fe
3
，并测量其浓度c
fe3
为5.6ppm；
[0064]
(4)依据计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
[0065]
对比例1
[0066]
与实施例3的不同之处在于：待测样品的fe
3
浓度为82ppm。
[0067]
对比例2
[0068]
与实施例3的不同之处在于：待测样品的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度为420ppm。
[0069]
对比例3
[0070]
一种咪唑啉类缓蚀剂残余浓度的检测方法，包括以下步骤：
[0071]
(1)取国内某油田现场用咪唑啉类缓蚀剂样品1#，配制100ppm和200ppm的咪唑啉类缓蚀剂溶液，采用紫外-可见分光光度计在波长为200-600nm的条件下测量咪唑啉类缓蚀剂溶液的紫外吸收光谱；确定特征吸收峰波长λ为234nm，并在波长λ处测定2个咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a分别为0.342和0.674；绘制咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度c与吸光度a标准曲线，拟合确定二者线性关系式a＝0.0034c，即确定相关系数k值为0.0034；
[0072]
(2)提取含未知浓度咪唑啉类缓蚀剂的采出水样品，并对其进行过滤处理，去除其中悬浮颗粒等影响吸光度测定的干扰性物质，得到待测样品；提取待测样品2ml，采用紫外-可见分光光度计在波长234nm处测量待测样品的吸光度a为0.506；
[0073]
(3)采用铁离子分析仪检测待测样品中含有fe
3
，并测量其浓度c
fe3
为5.6ppm；
[0074]
(4)依据cr＝a/k＝0.506/0.0034计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度。
[0075]
进一步地，咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测误差为检测残余浓度与实际残余浓度之差的绝对值，即：
[0076]
检测误差＝ⅰ检测残余浓度-实际残余浓度ⅰ[0077]
根据上述方法计算实施例1-4和对比例1-3的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测误差，结果见表1。
[0078]
表1
[0079][0080]
从表1可知，本发明提供的检测方法测得咪唑啉类缓蚀剂残余浓度误差低于10ppm，说明本发明提供的检测方法精密度高。其中，对比例1中待测样品的fe
3
浓度为82ppm，超过吸光度检测极限4，因此，测量的咪唑啉类缓蚀剂溶液浓度对应的吸光度a为4，依据实施例3中依据实施例3中计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度为-186.2，即fe
3
浓度超过规定范围0-56ppm，无法继续采用该方法进行检测，在油田采出水中fe
3
容易发生沉淀，因此采出水中fe
3
浓度不会超出规定范围，故本发明提供的咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测方法不会受到采出水fe
3
浓度过高因素的限制；对比例3中待测样品含有fe
3
，但依据未考虑fe
3
计算式cr＝a/k＝0.506/0.0034计算咪唑啉类缓蚀剂残余浓度，即会导致检测误差较大。
[0081]
以上所述，仅为本技术的实施例而已，本技术的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本技术的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。