毛容妹 吴序锋 谭智毅 林海 谢静 梁淑华

生物柴油（biodiesel），俗称为阳光燃料（sunfuel），是一种长链脂肪酸单烷基酯，是以动植物油脂、各种废弃油脂及微生物油脂等为原料，与短链醇（甲醇、乙醇）经过酯化反应（transesterification reaction）制备获取，是一种含氧清洁燃料^[1-2]。

生物柴油燃料与常规柴油相比，具有以下无法比拟的优势：优良的环保特性，较好的低温发动机启动性能、润滑性能和安全性能，并且具有良好的燃料性能和可再生性能等^[2-4]，因此，生产使用生物柴油不仅可以解决石油供给不足的问题，同时对降低环境污染、实现能源的可持续发展具有重要意义。

然而，相对于普通柴油，生物柴油富含含氮化合物，会增加燃烧过程中氮氧化合物的排放^[5]，即使含有微量的含氮化合物，也易形成胶质，使油品变质，从而影响产品的质量和存储安定性；在油品存储或运输过程中含氮化合物会腐蚀设备，含氮燃料燃烧形成的氮氧化合物排放到大气中会污染环境，这也是导致雾霾和酸雨形成的重要因素之一^[6]，它对人体和大气环境都有相当大的危害，因此成为人们普遍关注的问题。

同时，生物柴油中氮含量过高将导致催化裂化、加氢裂化、重整等工艺的催化剂中毒失活，影响催化剂的活性和使用寿命；在液体酸催化的反应过程中， 原料中的碱性氮化合物会增加酸的耗量，从而增加成本，因此，在石油炼制过程中需要对原料和产品中含氮化合物进行检测或控制^[6-11]。

随着分析技术的不断发展，人们对生物柴油的关注点从总氮含量转移到氮化物的形态上。目前，我国对柴油中含氮化合物的化学测定方法有氧化分析法和还原分析法，测定碱性氮的非水滴定法^[12]，测定总氮的化学发光法^[13]；也有分析仪器测定方法，如测定中性氮化合物的红外吸收光谱法^[14]，此类方法优点在于处理时不区分目标氮化合物种类，并且在分析时能准确定性含氮化合物，但因柴油组分非常复杂，导致红外分析法定性受到干扰^[15]。

目前，我国生物柴油标准中对含氮化合物检测及指标还处于空白阶段，本文建立了气相色谱法测定生物柴油中的含氮化合物的分析检测方法，主要包含了9种常见的目标含氮化合物，该方法灵敏度高，可用于生物柴油中含氮化合物的检测分析。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂及样品

气相色谱仪：Agilent 7890A，带有NPD检测器。甲基吡咯（N-methylpyrrole，99.0%），吡咯（Pyrrole，99.0%），苯胺（Aniline，99.5%），N-甲基苯胺（Monomethylaniline，99.0%），N,N'-二甲基苯胺（N,N-Dimethylaniline，99.0%），喹啉（Quinoline，98.0%），异喹啉（Isoquinoline，99.0%），吲哚（Indole，99.0%），咔唑（Carbazole，95.0%)，乙酸乙酯（色谱纯），以上试剂购自上海沪试有限公司。实验样品来自广州南沙港进口的生物柴油样品。

1.2 标准物质的确定

采用气相色谱-质谱联用仪对一系列生物柴油样品进行定性筛查，得出生物柴油样品中主要含有甲基吡咯、吡咯、苯胺、N-甲基苯胺、N,N'-二甲基苯胺、喹啉、异喹啉、吲哚、咔唑9种含氮化合物，因此本文主要选取这9种常见的含氮化合物进行分析检测。

1.3 标准工作溶液的制备

分别量取上述一系列氮化合物标准物质（9种）各0.100 g，用乙酸乙酯定容至100 mL制成浓度为1000 mg/L的含氮化合物混标储备液，分别移取0.25 mL、0.5 mL、1.25 mL、2.5 mL、5 mL，配制成浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L的含氮混合标准溶液。

1.4 样品的处理与制备

选取20个生物柴油样品，其中10个为BD100生物柴油，编号分别为1～10#；10个为BD5生物柴油，编号分别为11～20#；分别称取约1 g样品（精确到0.1 mg），装入25 mL容量瓶中，加入乙酸乙酯定容，摇匀，制成编号为1～20#的样品，备用。若不能立即测定，应在室温下储存。

1.5 气相色谱条件

采用氮气（纯度≥99.999%）为载气，氢气流量为3 mL/min，空气流量为60 mL/min，柱流速为1.0 mL/min，进样口温度为250℃，检测器温度为320℃，进样量为0.2 μL，分流进样，分流比为100:1，色谱柱为HP-5MS非极性柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），升温程序为：初始温度45℃，保持7 min，以15℃/min升至260℃，保持10 min。

2 结果与讨论

2.1 分离条件的优化

以进口的生物柴油作为试样，对柱温、升温速率、进样量、分流比进行优化。色谱柱的初始温度越低，柱效和分离度越高，但是分析时间较长；初始温度设为45℃时，9种含氮化合物组分均能够分离。不同的升温速率（10℃/min、15℃/min、20℃/min）对实验结果也有不同的影响：升温速率低，分离度大，但分析时间长；升温速率为15℃/min时，9种含氮化合物可达基线分离。在实验中，应根据生物柴油中氮的含量选择合适的进样体积和分流比，本文选择进样量0.2 μL，分流比100:1来进行试验^[16]。

2.2 方法的线性范围和定量下限

根据GB/T 27417-2017《合格评定 化学分析方法确认和验证指南》中对线性范围的要求，对于准确定量的方法，线性回归方程的相关系数不低于0.99；定量下限可用10倍的信噪比（S/N）来表示^[17]。

采用1.3制备的一系列标准工作溶液，用GC-NPD仪器依据1.5设定的气相色谱条件进行检测，以各物质的浓度为横坐标、峰面积为纵坐标绘制标准曲线，9种含氮化合物在10～200 mg/kg范围内线性良好，各组分标准曲线相关系数均＞0.9999，完全满足GB/T 27417-2017中对线性范围的要求（表1）。以10倍信噪比（S/N）作为最低定量限，得出9种含氮化合物的方法定量下限范围在1.13～1.58 mg/L，9种含氮化合物的定量下限见表1。

2.3 方法的正确度（回收率）

测量结果的正确度用于表述无穷多次重复性测定结果的平均值与参考值之间的接近程度，正确度差意味着存在系统误差，一般通过回收试验进行评估，一般情况下，若浓度水平范围大于100 mg/L，回收率要求在95%～105%范围内^[17]。

表1 各种氮化合物的相关方程、相关系数及定量下限

Table 1 Correlation equations, correlation coefficients and lower limits of quantification of nitrogen compounds

选取1个不含9种目标含氮化合物的生物柴油样品，添加不同浓度的混合标准溶液，编号为21#样品，按照1.5设置的气相色谱条件进行检测，测定含氮化合物的含量并计算加标回收率，结果见表2。经计算，本次试验中9种含氮化合物的加标回收率为98.2%～104.5%，满足GB/T 27417-2017《合格评定 化学分析方法确认和验证指南》要求。

表2 21#样品回收率测定结果

Table 2 Recovery test results of sample 21

2.4 方法的精密度

取100 mg/L标准混合液，分别测定6次，根据测定结果分别计算出每种物质的相对标准偏差（RSD）。由计算结果可知，在100 mg/L浓度水平下，9种含氮化合物的相对标准偏差（RSD）在0.41%～0.97%范围内，测定结果能够满足对生物柴油9种含氮化合物的定量要求，详细数据见表3。

2.5 实际样品测定

采用1.4制备的1～20#样品，用GC-NPD仪器依据1.5设定的气相色谱条件进行检测，结果见表4、表5。

从表4及表5的检测结果可以看出，在选取的进口生物柴油中，氮化合物的主要成分是苯胺、甲基苯胺、吲哚、喹啉、咔唑及异喹啉，氮化合物的含量小于0.0630%。

BD100生物柴油含氮化合物的主要成分是苯胺、甲基苯胺、喹啉及吲哚，异喹啉及咔唑含量较少；B5生物柴油含氮化合物的主要成分是甲基苯胺及吲哚，苯胺、喹啉及咔唑含量较少。BD100生物柴油的含氮化合物含量普遍低于B5生物柴油， 这是由于BD100生物柴油是一种高级脂肪酸单酯，它一般是通过棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和与不饱和油脂及其酸的甘油酯分解而获得的，而B5生物柴油是将BD100生物柴油与普通柴油按照5:95的比例调和而成，普通柴油的生产调制过程更复杂，在生产过程中更易产生含氮的有毒有害物质，因此，BD100生物柴油的含氮化合物低于B5生物柴油的含氮化合物。

3 结论

本文运用气相色谱法（NPD检测器）建立了测定生物柴油中9种含氮化合物的方法。根据GB/T 27417-2017的要求，该方法从方法的线性范围、定量下限、正确度（回收率）、精密度等方面进行了验证，均满足其要求。该方法具有操作简便、灵敏度及精密度高，准确性好等优点，能够满足生物柴油含氮化合物的测定要求。

参考文献

[1]刘云. 生物柴油工艺技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011: 1-211.

[2]张培. 河南应大力发展生物柴油[J]. 创新科技, 2013(11): 25-26.

[3]盛晨曦. 植物油加氢生产清洁燃料的研究[D]. 青岛: 中国石油大学, 2009: 1-93

[4]刘金宝, 薛原, 韩生. 生物柴油低温流动性及其改进方法研究进展[J]. 化学世界, 2020, 61(12): 777-783.

[5]杨永坛. 催化柴油中含氮化合物类型分布的气相色谱分析方法[J]. 色谱, 2008(4): 478-483.

[6]侯婷, 刘东, 邓文安, 韩彬. 石油中含氮化合物的分离与分析方法[J].石油学报(石油加工), 2010, 26(S1): 198-202.

[7]侯婷, 刘东萍, 邓文安, 等. 石油中含氮化合物的分离与分析方法[J]. 石油学报, 2010, 4: 198-202.

[8]左风. 石油中氮及氮化合物的分析检测[J]. 贵州化工, 2007, 6: 13-15.

[9]任飞. 石油中氮化合物[J]. 广东化工, 2006, 8: 38-40.

[10]韩晓昱, 马波, 凌凤香, 等. 催化裂化柴油中氮化合物分布规律的研究[J]. 石油技术, 2010, 13(2): 7-9.

[11]魏计春, 齐邦峰, 张会成. 催化柴油中氮化合物的研究[J]. 分析测试, 2010, 18(1): 60-63.

[12]徐元德,戴颖娟,钱梅.采用电位滴定法测定石油馏分中的碱性氮[J].石化技术与应用, 2018, 36(2): 145-148.

[13] SH/T 0657-2007《液态石油烃中痕量氮的测定 氧化燃烧和化学发光法》[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.

[14]荆门炼油厂研究所.红外吸收光谱法测定催化加氢柴油中的中性氮化合物[J]. 石油炼制与化工, 1979(9): 27-29.

[15]彭莹, 张子豪, 刘莹峰. 气相色谱-串联质谱法测定船用燃料油中的9种含氮化合物[J]. 分析测试学报, 2017, 36(4): 560-564.

[16]魏计春, 齐邦峰, 张会成. 催化柴油中含氮化合物的研究[J]. 化工科技, 2010, 18(1): 60-63.

[17] GB/T 27417-2017合格评定 化学分析方法确认和验证指南[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.

基金项目：国家重点研发计划课题（2021YFF0602603）

第一作者：毛容妹（1985—），女，汉族，广东阳江人，本科，工程师，主要从事石油产品检验，E-mail: maorm@iqtcnet.cn

通信作者：谭智毅（1980—），男，汉族，广东广州人，本科，高级工程师，主要从事石油产品检验，E-mail: tanzy@iqtcnet.cn

1. 广州海关技术中心 广州 510623

2. 惠州港海关 惠州 516000

3. 湛江海关技术中心 湛江 524000

1. Guangzhou Customs Technology Center, Guangzhou 510623

2. Huizhou Port Customs, Huizhou 516000

3. Zhanjiang Customs Technology Center, Zhanjiang 524000

表3 精密度试验

Table 3 Precision test

表4 BD100生物柴油含氮化合物结果

Table 4 Results of nitrogen compounds in BD100 biodiesel

表5 B5生物柴油含氮化合物结果

Table 5 Results of nitrogen compounds in B5 biodiesel

基金项目：海关总署科研项目（2020HK246）

第一作者：冼灿镝（1994—），男，汉族，广州人，本科，助理工程师，主要从事成品油质量检验，E-mail: 646227055@qq.com

通信作者：谭智毅（1980—），男，汉族，广州人，硕士，高级工程师，主要从事口岸关税化验，E-mail: tanzy@iqtcnet.cn

1. 广州海关技术中心 广州 510623

2. 中石化中海船舶燃料供应有限公司 广州 510623

1. Guangzhou Customs Technology Center, Guangzhou 510623

2. Sinopec China Shipping Fuel Supply Co., Ltd., Guangzhou 510623