材料视界 | 使用二维、三维同步荧光光谱法在环境监测、石油勘探中油品鉴别应用

同步荧光光谱是一种非常实用的工具，能够为诸如原油及其馏分等荧光化合物的复杂混合物生成一个简化的“指纹”。这项技术为淡水或海水中的环境样品分析工作提供了一种快捷的方法，能够帮助识别样品中的油品种类，确定或排除疑似污染源。这项技术也可用在钻井液碳氢化合物的勘探工作中，对钻井液中的油品特征进行分辨。

同步荧光光谱法需要同时使用两个单色器对样品进行扫描，且两个单色器之间的差值保持恒定。这一差值可以是波长—恒定波长差同步发光*（CWSL），也可以是能量（频率—cm^-1）—恒定能量差同步发光*（CESL）。后者的优势在于能够“抹除”与荧光恒定能量差的假象（例如拉曼光谱带），从而给出一个“更干净的”二维光谱。

可以生成一个同步光谱的三维矩阵，用X轴表示激发光单色器的波长，Y轴表示荧光强度，Z轴则根据采用的同步模式，表示波长（nm）或频率（cm^-1）的增量（δ）值。

三维荧光光谱的另一个特征是“波脊”，在波脊处，两个单色器色仪处于相同波长（或波长的倍数）。

油品易溶于己烷、环己烷这类溶剂，一般采用这类溶剂溶解样品，并使用石英荧光比色皿（四边透明）进行测定。出于对波长范围和耐溶剂性的考虑，一次性比色皿在这里并不适用。

应使用高纯度溶剂，因为其它等级的溶剂往往含有芳烃类杂质，这些杂质也会发出荧光。为了使读数落在仪器的量程内，可能需要对溶液的浓度进行调整。

三维同步光谱可使用FL 6500（脉冲氙灯）和FL 8500（150 W连续氙灯）两种型号测定。

共有三个样品以恒定波长差同步发光三维光谱方式测定——航空燃油（煤油）、燃油、科威特原油，其结果如下所示。二维同步谱已针对最高峰位的波长差进行优化，并在各个数据组的最右下角予以显示。

图1.航空燃油（煤油）环己烷溶液的二维、三维恒定波长差同步发光光谱。（点击查看大图）

图2.燃油环己烷溶液的二维、三维恒定波长差同步发光光谱。（点击查看大图）

图3.原油环己烷溶液的二维、三维恒定波长差同步发光光谱。请注意三维特征位置相较于成品油发生的偏移。（点击查看大图）