目前，全球大約三分之一的能源來自原油。原油的化學(xué)成分決定了它的質(zhì)量，進(jìn)而影響其加工、性能和市場(chǎng)價(jià)格。因此，對(duì)原油狀態(tài)進(jìn)行定性和定量的監(jiān)測(cè)是不可少的。

原油成分中對(duì)原油質(zhì)量影響最大的是瀝青質(zhì)，它也是原油中最重的組分。瀝青質(zhì)的組成成分是多環(huán)芳烴環(huán)和脂肪族側(cè)鏈的化合物和微量的釩和鎳形成的復(fù)雜混合物。低濃度的瀝青質(zhì)容易發(fā)生聚集，導(dǎo)致其粘度增加，并在石油開采和加工過程中堵塞井筒和出油管線。此外，瀝青質(zhì)還會(huì)使提質(zhì)和精制過程中的催化反應(yīng)失活。

分析原油中烴類復(fù)雜混合物中瀝青質(zhì)的濃度十分困難，特別是對(duì)于在線監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是測(cè)量原油的粘度和介電常數(shù)等物理性質(zhì)，然后用這些數(shù)據(jù)來確定潛在的化學(xué)成分。當(dāng)進(jìn)行特定瀝青質(zhì)分析時(shí)，通常在模型系統(tǒng)或已稀釋到簡單溶劑中的樣品中進(jìn)行測(cè)量。

電子自旋共振（ESR）或電子順磁共振（EPR）的引入已能夠直接對(duì)瀝青質(zhì)進(jìn)行表征。這項(xiàng)技術(shù)提供了高分辨率和定量的數(shù)據(jù)，可反映出當(dāng)?shù)丨h(huán)境中真實(shí)的動(dòng)態(tài)信息。此外，ESR 是一種無損檢測(cè)方法，無需樣品制備。

ESR 利用靜磁場(chǎng)中微波的共振吸收來測(cè)量含有未成對(duì)電子的分子和含有順磁中心的系統(tǒng)。瀝青質(zhì)的多環(huán)芳烴核心中含有有機(jī)自由基，在 g = 2.0032 處能表現(xiàn)出典型的 ESR 信號(hào)，因而在原油中很容易被識(shí)別出來。

該峰的波幅與樣品中瀝青質(zhì)的濃度相對(duì)應(yīng)，因此這項(xiàng)技術(shù)也可用于定量分析。另外，ESR 還可以檢測(cè)釩，可把釩當(dāng)做一種氧釩卟啉來觀察，它在與瀝青質(zhì)有機(jī)自由基信號(hào)的相似區(qū)域內(nèi)顯示為八個(gè)寬間距的窄峰。

通過監(jiān)測(cè)這些成分的各種特性，可以更好地了解原油的成分和化學(xué)變化。以前，ESR 已能夠區(qū)分不同類型的原油，但最近幾年，人們開始對(duì)更加特定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

生物降解是改變?cè)统煞趾唾|(zhì)量的主要過程之一。在這個(gè)過程中，烴類被氧化，生成了二氧化碳和有機(jī)酸，從而導(dǎo)致飽和烴和芳香烴的濃度下降，粘度、金屬含量和酸度上升。

最近的一項(xiàng)研究對(duì)三種巴西原油中的這一過程進(jìn)行了比較，通過使用 ESR 來監(jiān)測(cè)原油中是否存在與卟啉化合物相關(guān)或不相關(guān)的有機(jī)自由基和釩氧物種。該方法可以通過信號(hào)量化值將兩個(gè)生物降解樣品與非生物降解樣品區(qū)分開來，以及將這兩個(gè)生物降解樣品彼此區(qū)分開來。

溫度也會(huì)影響原油中有機(jī)自由基物種的行為和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而影響原油質(zhì)量。對(duì)這些變化進(jìn)行了研究，使用了原位 ESR 來監(jiān)測(cè)在 293-673 K 的溫度范圍中原油樣品的不同餾分。

對(duì)于所有餾分，溫度的上升會(huì)導(dǎo)致有機(jī)自由基物種的增加，然而，人們發(fā)現(xiàn)這一過程發(fā)生的機(jī)制因餾分而異。常壓渣油和原油餾分呈現(xiàn)相似，在 433 K 附近產(chǎn)生有機(jī)自由基，而減壓渣油中有機(jī)自由基的產(chǎn)生表現(xiàn)為一個(gè)多步驟的過程。

布魯克microESR可實(shí)現(xiàn)對(duì)原油成分的實(shí)時(shí)分析

大多數(shù) ESR 波譜儀龐大且笨重，這限制了它們對(duì)原油進(jìn)行在線實(shí)時(shí)分析的能力。然而，光學(xué)和無線通信技術(shù)的進(jìn)步使得布魯克開發(fā)出了ESR 波譜儀——microESR，它體型小巧，移動(dòng)輕便，占地面積為 30.5 x 30.5 x 30.5 cm3，僅重 10 kg。

microESR 無需任何定期維護(hù)或特殊安裝。

microESR 還為 ESR 數(shù)據(jù)的采集、處理和分析提供了簡單的軟件工作流程。

隨著近年 ESR 在原油分析應(yīng)用上的進(jìn)展，microESR 可用作在線監(jiān)測(cè)工具，來表征原油在勘探、生產(chǎn)和精制操作過程中的化學(xué)成分。

這種分析可在許多應(yīng)用中使用，包括評(píng)估原油的人工老化，以及預(yù)測(cè)進(jìn)一步操作過程中可能出現(xiàn)的問題。