原油中聚丙烯酰胺的定性分析
１ 试验部分
１．１ 仪器与试剂
ＰＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｔｗｏ 型 傅 里 叶 红 外 光 谱 仪，
ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＢ ＴＮ 型 氮 含 量 测 定 仪，ＩＫＡ ＲＷ２８型高速搅拌机，ＺＫ１型真空干燥箱，实验室常规
玻璃器皿。
溴化钾为色谱纯，甲苯、石油醚（６０～９０）为分析
纯，试验用水为去离子水。
１．２ 试验原理
聚丙烯酰胺的分子式为（ＣＨ２ＣＨ）
狀ＣＯＮＨ２，其
水溶液中可以检测到氮的存在，但由于水解度的不
确定性，因此只能作为一种定性手段。同时辅助红
外光谱对 官 能 团 进 行 检 测，判 断 是 否 含 有 聚 丙 烯
酰胺。
水洗法与甲苯不溶物法则分别利用聚丙烯酰胺
的水溶性和甲苯难溶性将聚丙烯酰胺从原油中分
离，然后对富集得到的固体进行定性分析。
１．３ 试验方法
１．３．１ 水洗法
取一定量的原油样品，以一定的比例与水混合，
经搅拌后恒温静置分层。将下层含有聚丙烯酰胺的
水相用石油醚反萃取以除去残留的油，然后对聚丙
烯酰胺进行真空脱水富集，将得到的固体用红外光
谱法进行定性分析。
１．３．２ 甲苯不溶物法
取一定量的原油样品按常规的甲苯不溶物的方
法进行处理，将收集到的附着有甲苯不溶物的滤纸
用水完全浸没，将聚丙烯酰胺洗脱下来，同样对水相
进行真空脱水富集，将得到的固体用红外光谱法进
行定性分析。２ 结果与讨论
２．１ 水洗法
２．１．１ 静置时间的选择
取原油１００ｇ与水１０ｇ搅拌混合均匀，倒入分
液漏斗中，于４０°C下静置。考察静置时间对油水分
离效果的影响，以分出的水相质量判断分离效果
层，随着静置时间的延长，水相的质量在增加，当静
置时间为２４ｈ时，水相基本完全分出，因此试验选
择静置时间为２４ｈ。
２．１．２ 油水比试验
取原油３００ｇ与不同量的水混合，搅拌均匀倒
入分液漏斗中，４０ °C下静置分层２４ｈ。分析萃取后
水相的氮含量，结果见表２。
时，大部分油水以乳化状态混合在一起，油水两相不
易分离，无法对水相进行氮含量测定。而当油水比
例较低，即水用量较大时，虽然洗脱效率会提高，但
是水量的加大对聚丙烯酰胺的浓度有稀释作用，导
致氮含量过低，不利于测定。因此，试验选择水洗提
取聚丙烯酰胺时的油水比为５∶１～１０∶１。
２．１．３ 石油醚萃取的次数
由于水相残留部分原油，该部分原油会使氮含
量偏高，因此利用石油醚对分出的水相进行反萃取，
将水相中的油相除去。选取油水比为１０∶１的水相
作为考察对象，分别萃取０，１，２，３，４次，测定水相中
的 氮 含 量，结 果 依 次 为 ４．２０，２．３５，１．４１，１．４０，
１．３８μｇ·ｇ－１。
由上述数据可以发现：随着萃取次数的增加，氮
含量呈逐渐减小的趋势。但当萃取次数不少于２次
时，氮含量的变化幅度明显减小，可以认为此时水相中残留的原油已基本除去。因此，试验选择石油醚
萃取的次数为２次。
２．１．４ 聚丙烯酰胺的水溶性富集及红外定性分析
按上述确定的提取方案进行聚丙烯酰胺的提
取。取原油６００ｇ，按油水比５∶１加入水１２０ｇ，搅
拌０．５ｈ后静置２４ｈ分层，收集下层水相，石油醚
萃 取 两 次 后，将 水 相 置 于 培 养 皿 中 在 ６０ °C、
０．０２ＭＰａ的真空条件下将水蒸干，收集完全干燥的
析出固体，进行红外光谱分析，将样品的谱图与聚丙
烯酰胺标准品的谱图进行对比，见图１
在２９７５～２８４５ｃｍ－１，１６９０～１６５０ｃｍ－１，３５００～
３１００ｃｍ－１，１６４０～１６００ｃｍ－１，１４２０～１４００ｃｍ－１
处均有对应吸收峰。同时聚丙烯酰胺的 Ｃ＝Ｏ 伸缩
振动峰本应是强峰，但由于聚丙烯酰胺易水解，水解
后会形成羧酸根，此时位于１６８０～１６３０ｃｍ－１区域
的特 征 峰 会 减 弱，但 在 １５４０～１６００ｃｍ－１ 和
１４６４～１３６０ｃｍ－１处会出现２个吸收峰［８］
，前者与
Ｎ－Ｈ 峰重叠，后者则表现为１４００ｃｍ－１附近出现
吸收峰。由此可以确定，水洗法得到的样品中含有
聚丙烯酰胺。
２．２ 甲苯不溶物法
２．２．１ 原油甲苯不溶物
将采油平台上得到的聚丙烯酰胺样品与甲苯振
荡混合后静置１ｈ，取上层甲苯清液进行氮含量测
定，氮的质量分数为０．４３μｇ·ｇ－１，空白甲苯溶液
中氮的质量分数为０．３９μｇ·ｇ－１。均低于氮含量测试仪的测定下限（０．５μｇ·ｇ－１），故认为上述两种
溶液中不存在氮。根据上述结果可以认为聚丙烯酰
胺难溶于甲苯，而原油的机械杂质（使用甲苯作为溶
剂）含量约为０．０９％（数据取自 ＳＺ３６１原油评价数
据），因此认为原油中不溶于甲苯的部分即为原油中
的聚丙烯酰胺类物质。
用具塞锥形瓶称取原油１００ｇ用１６００ｍＬ 甲
苯溶解后，置于（３８±０．５）°C的水浴中恒温１ｈ充
分溶解 （可 分 ４ 次 完 成，即 每 次 取 原 油 ２５ｇ，用
４００ｍＬ甲苯溶解）。在洗净并烘干的布氏漏斗上放
一张裁剪合适的慢速定量滤纸，将布氏漏斗置于抽
滤瓶上。用少量甲苯将滤纸浸湿后，将已溶解的原
油甲苯溶液缓慢倒入漏斗中，使之经过滤纸进入抽
滤瓶中，然后用热甲苯分３次将所使用过的锥形瓶
及玻璃棒进行清洗，洗液倒入布氏漏斗中。待样品
快过滤完时用热甲苯冲洗布氏漏斗及滤纸，直至流
下的滤液为无色，将布氏漏斗及滤纸在通风橱内吹
干，然后置于烘箱内６０°C干燥。此时滤纸上的残留
物即为原油甲苯不溶物。
２．２．２ 聚丙烯酰胺的甲苯不溶物法富集及红外定
性分析
将干燥后的滤纸置于培养皿中，加水３０ｇ，保证
滤纸全部被水浸没，浸泡１ｈ后将滤纸取出，并用少
量水冲洗滤纸，冲洗液同样收集在培养皿中。将培
养皿置于６０°C、０．０２ＭＰａ的条件下将水除去，收集
完全干燥的析出固体，红外光谱分析见图２由于甲苯不溶物的取样量所限，得到的固体样
品量较小，使用溴化钾压片法进行红外光谱分析。
其吸收峰与标准品的特征峰相比，５个特征峰均可
一一对应，由此可以判断甲苯不溶物法得到的样品
中含有聚丙烯酰胺２．３ 两种前处理方法的对比分析
由红外谱图可以看出，两种方法均能实现原油
中聚丙烯酰胺的富集并进行定性分析，但水洗法具
有较为明显的优势。在水洗法操作过程中聚丙烯酰
胺的损失较少，可以收集到更多的样品用于红外光
谱分析，保证了其定性分析的可靠性；同时，水洗法
不需要使用甲苯，对操作人员的身体伤害较小。但
是随着聚丙烯酰胺的疏水改性，改性后的聚丙烯酰
胺的水溶性变差，使得水洗法的洗脱效率有所降低。
２．４ 红外谱图分析
对聚丙烯酰胺标准品的红外谱图进行分析，表
明当红外谱图中出现以下５个特征谱带时，样品中
含有聚丙烯酰胺。
１）
νＣ－Ｈ在２９７５～２８４５ｃｍ－１范围，亚甲基的对
称与不对称伸缩振动；
２）
νＣ＝Ｏ酰胺的第I谱带，在１６９０～１６５０ｃｍ－１
范围，Ｃ＝Ｏ 伸缩振动吸收，由于氨基的影响，使得
Ｃ＝Ｏ伸 缩 振 动 吸 收 向 低 波 数 位 移，对 于 固 态
－ＣＯＮＨ２在１６５０～１６４０ｃｍ－１会出现两条谱带。
３）
νＮ－Ｈ 一 般 位 于 ３５００～３１００ｃｍ－１ 范 围，
Ｎ－Ｈ伸缩振动吸收；
４）
νＮ－Ｈ酰胺的第II谱带，Ｎ－Ｈ 弯曲振动吸收
位于１６４０～１６００ｃｍ－１；
５）
νＣ－Ｎ酰胺的第III谱带，Ｃ－Ｎ 伸缩振动吸收
位于１４２０～１４００ｃｍ－１。
２．５ 实际样品分析
取３００ｇ原油罐底油放入１Ｌ 搪瓷缸中，按油
水质量比１０∶１～５∶１加入水，高速搅拌０．５ｈ。将
油水混合物转移至５００ｍＬ 分液漏斗中，将分液漏
斗用铁圈固定在铁架台上，然后连铁架台一同放入
４０ °C恒温的鼓风干燥箱中静置２４ｈ。待油水完全
分层后，将下层水相分到２５０ｍＬ分液漏斗中，加入
２０～３０ｍＬ石油醚反萃取，萃取两次后，将水相分至
表面皿中。将表面皿置于６０ °C、０．０２ ＭＰａ的真空
干燥箱中烘干（若一次不能完成，则分几次将水相转
移至同一 个 表 面 皿 中，以 便 于 将 少 量 的 析 出 物 富
集）。待水分完全蒸发后，用药匙将析出的少量固体
刮下。利用溴化钾压片法将得到的固体进行红外光
谱扫描，扣除本底后得到的红外谱图见图３。
官能团分析：３３４７．８７ｃｍ－１为 Ｎ－Ｈ 伸缩振动
峰，２９２５．７５ｃｍ－１为－ＣＨ２ 对称与不对称伸缩振动
峰，１ ６６８．４５ ｃｍ－１ 为 Ｃ ＝ Ｏ 伸 缩 振 动 峰，
１６１２．７６ｃｍ－１ 为 Ｎ － Ｈ 弯 曲 振 动 峰
１．１ 仪器与试剂
ＰＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｔｗｏ 型 傅 里 叶 红 外 光 谱 仪，
ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＢ ＴＮ 型 氮 含 量 测 定 仪，ＩＫＡ ＲＷ２８型高速搅拌机，ＺＫ１型真空干燥箱，实验室常规
玻璃器皿。
溴化钾为色谱纯，甲苯、石油醚（６０～９０）为分析
纯，试验用水为去离子水。
１．２ 试验原理
聚丙烯酰胺的分子式为（ＣＨ２ＣＨ）
狀ＣＯＮＨ２，其
水溶液中可以检测到氮的存在，但由于水解度的不
确定性，因此只能作为一种定性手段。同时辅助红
外光谱对 官 能 团 进 行 检 测，判 断 是 否 含 有 聚 丙 烯
酰胺。
水洗法与甲苯不溶物法则分别利用聚丙烯酰胺
的水溶性和甲苯难溶性将聚丙烯酰胺从原油中分
离，然后对富集得到的固体进行定性分析。
１．３ 试验方法
１．３．１ 水洗法
取一定量的原油样品，以一定的比例与水混合，
经搅拌后恒温静置分层。将下层含有聚丙烯酰胺的
水相用石油醚反萃取以除去残留的油，然后对聚丙
烯酰胺进行真空脱水富集，将得到的固体用红外光
谱法进行定性分析。
１．３．２ 甲苯不溶物法
取一定量的原油样品按常规的甲苯不溶物的方
法进行处理，将收集到的附着有甲苯不溶物的滤纸
用水完全浸没，将聚丙烯酰胺洗脱下来，同样对水相
进行真空脱水富集，将得到的固体用红外光谱法进
行定性分析。２ 结果与讨论
２．１ 水洗法
２．１．１ 静置时间的选择
取原油１００ｇ与水１０ｇ搅拌混合均匀，倒入分
液漏斗中，于４０°C下静置。考察静置时间对油水分
离效果的影响，以分出的水相质量判断分离效果
层，随着静置时间的延长，水相的质量在增加，当静
置时间为２４ｈ时，水相基本完全分出，因此试验选
择静置时间为２４ｈ。
２．１．２ 油水比试验
取原油３００ｇ与不同量的水混合，搅拌均匀倒
入分液漏斗中，４０ °C下静置分层２４ｈ。分析萃取后
水相的氮含量，结果见表２。
时，大部分油水以乳化状态混合在一起，油水两相不
易分离，无法对水相进行氮含量测定。而当油水比
例较低，即水用量较大时，虽然洗脱效率会提高，但
是水量的加大对聚丙烯酰胺的浓度有稀释作用，导
致氮含量过低，不利于测定。因此，试验选择水洗提
取聚丙烯酰胺时的油水比为５∶１～１０∶１。
２．１．３ 石油醚萃取的次数
由于水相残留部分原油，该部分原油会使氮含
量偏高，因此利用石油醚对分出的水相进行反萃取，
将水相中的油相除去。选取油水比为１０∶１的水相
作为考察对象，分别萃取０，１，２，３，４次，测定水相中
的 氮 含 量，结 果 依 次 为 ４．２０，２．３５，１．４１，１．４０，
１．３８μｇ·ｇ－１。
由上述数据可以发现：随着萃取次数的增加，氮
含量呈逐渐减小的趋势。但当萃取次数不少于２次
时，氮含量的变化幅度明显减小，可以认为此时水相中残留的原油已基本除去。因此，试验选择石油醚
萃取的次数为２次。
２．１．４ 聚丙烯酰胺的水溶性富集及红外定性分析
按上述确定的提取方案进行聚丙烯酰胺的提
取。取原油６００ｇ，按油水比５∶１加入水１２０ｇ，搅
拌０．５ｈ后静置２４ｈ分层，收集下层水相，石油醚
萃 取 两 次 后，将 水 相 置 于 培 养 皿 中 在 ６０ °C、
０．０２ＭＰａ的真空条件下将水蒸干，收集完全干燥的
析出固体，进行红外光谱分析，将样品的谱图与聚丙
烯酰胺标准品的谱图进行对比，见图１
在２９７５～２８４５ｃｍ－１，１６９０～１６５０ｃｍ－１，３５００～
３１００ｃｍ－１，１６４０～１６００ｃｍ－１，１４２０～１４００ｃｍ－１
处均有对应吸收峰。同时聚丙烯酰胺的 Ｃ＝Ｏ 伸缩
振动峰本应是强峰，但由于聚丙烯酰胺易水解，水解
后会形成羧酸根，此时位于１６８０～１６３０ｃｍ－１区域
的特 征 峰 会 减 弱，但 在 １５４０～１６００ｃｍ－１ 和
１４６４～１３６０ｃｍ－１处会出现２个吸收峰［８］
，前者与
Ｎ－Ｈ 峰重叠，后者则表现为１４００ｃｍ－１附近出现
吸收峰。由此可以确定，水洗法得到的样品中含有
聚丙烯酰胺。
２．２ 甲苯不溶物法
２．２．１ 原油甲苯不溶物
将采油平台上得到的聚丙烯酰胺样品与甲苯振
荡混合后静置１ｈ，取上层甲苯清液进行氮含量测
定，氮的质量分数为０．４３μｇ·ｇ－１，空白甲苯溶液
中氮的质量分数为０．３９μｇ·ｇ－１。均低于氮含量测试仪的测定下限（０．５μｇ·ｇ－１），故认为上述两种
溶液中不存在氮。根据上述结果可以认为聚丙烯酰
胺难溶于甲苯，而原油的机械杂质（使用甲苯作为溶
剂）含量约为０．０９％（数据取自 ＳＺ３６１原油评价数
据），因此认为原油中不溶于甲苯的部分即为原油中
的聚丙烯酰胺类物质。
用具塞锥形瓶称取原油１００ｇ用１６００ｍＬ 甲
苯溶解后，置于（３８±０．５）°C的水浴中恒温１ｈ充
分溶解 （可 分 ４ 次 完 成，即 每 次 取 原 油 ２５ｇ，用
４００ｍＬ甲苯溶解）。在洗净并烘干的布氏漏斗上放
一张裁剪合适的慢速定量滤纸，将布氏漏斗置于抽
滤瓶上。用少量甲苯将滤纸浸湿后，将已溶解的原
油甲苯溶液缓慢倒入漏斗中，使之经过滤纸进入抽
滤瓶中，然后用热甲苯分３次将所使用过的锥形瓶
及玻璃棒进行清洗，洗液倒入布氏漏斗中。待样品
快过滤完时用热甲苯冲洗布氏漏斗及滤纸，直至流
下的滤液为无色，将布氏漏斗及滤纸在通风橱内吹
干，然后置于烘箱内６０°C干燥。此时滤纸上的残留
物即为原油甲苯不溶物。
２．２．２ 聚丙烯酰胺的甲苯不溶物法富集及红外定
性分析
将干燥后的滤纸置于培养皿中，加水３０ｇ，保证
滤纸全部被水浸没，浸泡１ｈ后将滤纸取出，并用少
量水冲洗滤纸，冲洗液同样收集在培养皿中。将培
养皿置于６０°C、０．０２ＭＰａ的条件下将水除去，收集
完全干燥的析出固体，红外光谱分析见图２由于甲苯不溶物的取样量所限，得到的固体样
品量较小，使用溴化钾压片法进行红外光谱分析。
其吸收峰与标准品的特征峰相比，５个特征峰均可
一一对应，由此可以判断甲苯不溶物法得到的样品
中含有聚丙烯酰胺２．３ 两种前处理方法的对比分析
由红外谱图可以看出，两种方法均能实现原油
中聚丙烯酰胺的富集并进行定性分析，但水洗法具
有较为明显的优势。在水洗法操作过程中聚丙烯酰
胺的损失较少，可以收集到更多的样品用于红外光
谱分析，保证了其定性分析的可靠性；同时，水洗法
不需要使用甲苯，对操作人员的身体伤害较小。但
是随着聚丙烯酰胺的疏水改性，改性后的聚丙烯酰
胺的水溶性变差，使得水洗法的洗脱效率有所降低。
２．４ 红外谱图分析
对聚丙烯酰胺标准品的红外谱图进行分析，表
明当红外谱图中出现以下５个特征谱带时，样品中
含有聚丙烯酰胺。
１）
νＣ－Ｈ在２９７５～２８４５ｃｍ－１范围，亚甲基的对
称与不对称伸缩振动；
２）
νＣ＝Ｏ酰胺的第I谱带，在１６９０～１６５０ｃｍ－１
范围，Ｃ＝Ｏ 伸缩振动吸收，由于氨基的影响，使得
Ｃ＝Ｏ伸 缩 振 动 吸 收 向 低 波 数 位 移，对 于 固 态
－ＣＯＮＨ２在１６５０～１６４０ｃｍ－１会出现两条谱带。
３）
νＮ－Ｈ 一 般 位 于 ３５００～３１００ｃｍ－１ 范 围，
Ｎ－Ｈ伸缩振动吸收；
４）
νＮ－Ｈ酰胺的第II谱带，Ｎ－Ｈ 弯曲振动吸收
位于１６４０～１６００ｃｍ－１；
５）
νＣ－Ｎ酰胺的第III谱带，Ｃ－Ｎ 伸缩振动吸收
位于１４２０～１４００ｃｍ－１。
２．５ 实际样品分析
取３００ｇ原油罐底油放入１Ｌ 搪瓷缸中，按油
水质量比１０∶１～５∶１加入水，高速搅拌０．５ｈ。将
油水混合物转移至５００ｍＬ 分液漏斗中，将分液漏
斗用铁圈固定在铁架台上，然后连铁架台一同放入
４０ °C恒温的鼓风干燥箱中静置２４ｈ。待油水完全
分层后，将下层水相分到２５０ｍＬ分液漏斗中，加入
２０～３０ｍＬ石油醚反萃取，萃取两次后，将水相分至
表面皿中。将表面皿置于６０ °C、０．０２ ＭＰａ的真空
干燥箱中烘干（若一次不能完成，则分几次将水相转
移至同一 个 表 面 皿 中，以 便 于 将 少 量 的 析 出 物 富
集）。待水分完全蒸发后，用药匙将析出的少量固体
刮下。利用溴化钾压片法将得到的固体进行红外光
谱扫描，扣除本底后得到的红外谱图见图３。
官能团分析：３３４７．８７ｃｍ－１为 Ｎ－Ｈ 伸缩振动
峰，２９２５．７５ｃｍ－１为－ＣＨ２ 对称与不对称伸缩振动
峰，１ ６６８．４５ ｃｍ－１ 为 Ｃ ＝ Ｏ 伸 缩 振 动 峰，
１６１２．７６ｃｍ－１ 为 Ｎ － Ｈ 弯 曲 振 动 峰
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