Оптические свойства нефти и нефтепродуктов

К оптическим свойствам нефтепродуктов относятся цвет, флуоресценция и оптическая активность.

Цвет. Углеводороды нефти бесцветны. Тот или иной цвет нефти и нефтепродуктам придают асфальто-смолистые вещества и гетероорганические соединения, например, сернистые. Поэтому, чем больше в нефти асфальто-смолистых соединений, тем она темнее. При глубокой переработке нефти и нефтепродуктов получают прозрачные даже масла и парафины.

Флуоресценция – это свечение в отраженном свете. Примером явления флуоресценции являются цветные пятна нефтепродуктов на воде. Флуоресценцию обеспечивают в основном полициклические ароматические углеводороды. Применение глубокой очистки позволяет устранить флуоресценцию большинства нефтепродуктов.

Под оптической активностью органических веществ понимают их способность вращать плоскость поляризации линейно поляризованного светового луча. Большинство нефтепродуктов являются правовращающими.

При исследовании химсостава нефтепродуктов используют физические константы, связанные с оптическими явлениями. К ним относят и показатель преломления. Его обозначают п _D²⁰. По физическому смыслу показатель преломления – это отношение синуса угла падения луча к синусу угла его преломления:

п _D²⁰ = (3.26)

Индекс D означает, что показатель преломления установлен на солнечном свету, что соответствует длине волны желтой линии спектра натрия 589,3 нм.

Показатель преломления характеризует способность жидкости в той или иной степени преломлять падающий на нее световой луч. При этом отношение синусов угла падения и угла преломления для каждого вещества постоянно при данных условиях и называется показателем преломления. Показатель преломления уменьшается как с увеличением длины волны, так и температуры. Зависимость показателя преломления от температуры выражается уравнением:

п _D²⁰ = п _D^t - (20 – t) (3.27)

где п _D^t – показатель преломления при температуре опыта;

– поправочный коэффициент, равный 0,0004 на 1 ^оС;

t ­– температура опыта.

Данный поправочный коэффициент применим при температурах от 15 до 35 ^оС.

Показатель преломления позволяет оценить чистоту продукта, состав фракций нефти. Известно, что показатель преломления углеводорода тем больше, чем меньше в нем водорода. Среди углеводородов С ₆ н-гексан
(14 атомов водорода) имеет п _D²⁰ =1,3749, циклогексан (12 атомов водорода) – 1,4262, а бензол (6 атомов водорода) – 1,5011. Изоалканы имеют показатель преломления больше, чем н-алканы. В гомологическом ряду показатель преломления растет с удлинением углеродной цепи, хотя бывают и исключения (у бензола п _D²⁰ =1,5011, у толуола – 1,4969, у этилбензола – 1,4958, у ксилолов – 1,4958 – 1,5054).

В гомологическом ряду углеводородов существует линейная зависимость между плотностью и показателем преломления:

. (3.28)

Кроме показателя преломления, к оптическим свойствам веществ относят молекулярную рефракцию и дисперсию.

Формулами Гладстона – Даля и Лорентца – Лоренца выражается удельная рефракция:

R₁ = ; (3.29)

R₂ = . (3.30)

Молекулярная рефракция – это произведение удельной рефракции на молекулярную массу вещества:

R_1М = М = (п_D – 1) V; (3.31)

R_2М = = , (3.32) где V – молекулярный объем;

М – молекулярная масса.

Молекулярная рефракция аддитивна для индивидуальных углеводо­родов. Установлено, что удлинение молекулы на одну метиленовую группу (– СН₂ –) повышает молекулярную рефракцию на 4,6 единицы.

Зависимость показателя преломления от длины волны характеризуется дисперсией света.

В лабораторной практике чаще всего используют натриевые лампы с желтой линией D = 589,3 нм и водородные трубки с красной линией
С = 656, 3 нм, голубой линией F = 486,1 нм и синей линией G = 434,1нм.

Разность (n_F – n_G)называют средней дисперсией.

Отношение ·10³ – относительная дисперсия.

Отношение ·10⁴ – удельная дисперсия.

Еще одной величиной, производной от показателя преломления, является рефрактометрическая разность (интерцепт рефракции R_i):

R_i = п_D ²⁰ - /2. (3.33)

Эта величина постоянна для углеводородов одного гомологического ряда. Для алканов R_i = 1,046, алкенов – 1,052, циклоалканов – 1,040,
аренов – 1,063.

Для измерения показателя преломления в России применяют два типа рефрактометров: Аббе (РЛУ, ИРФ-22 и ИРФ-454 ) и Пульфриха (ИРФ-23).Рефрактометры Аббе чаще применяют в лабораторной практике, однако более точные данные получают при использовании рефрактометра типа Пульфриха.