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根据ASTM D5186 测定柴油燃料中的芳烃含量

发布时间:2020-08-04   点击次数:291次

摘要 :本应用简报介绍了使用 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统与 SIM 火焰离 子化检测器 (FID) 测定柴油燃料中的芳烃含量。将 SFC 系统与开发的 FID 系 统相结合,能够满足 ASTM D5186 方法的所有要求(如检测器准确度和线 性)。这一组合为现有的正相 HPLC 方法 D1319 和 D2425 提供了一种经济 有效且快速的替代方案。

 

前言: SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH (Oberhausen, Germany) 开发 出一款与 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统配合使用的火焰离子化检测 器 (FID)。这一组合扩展了应用范围, 例如可满足 ASTM 方法 D5186 所述 的石化应用要求。借助适当的电子部 件和 FID 软件模块,可以通过 Agilent OpenLAB CDS ChemStation 版软件 对 FID 进行控制。FID 的开发充分考 虑了检测器准确度和线性以及与 1260 Infinity 分析型 SFC 系统的集成。在 FID 开发过程中,首先按照 ASTM 方法 D5186 所公开的步骤对柴油燃料中的 芳香族化合物进行测定。采用该方法 有利于按照该测试方法中的要求对系 统性能进行验证。该方法使用 FID, 能够分离燃料样品中的单环芳烃和多 环芳烃。需要解决的一个重要挑战是 高熔点化合物(如萘)对反压调节器 (BPR) 的污染。使用二元泵的通道 B 以己烷连续冲洗 BPR,克服了这一 挑战。 柴油和航空涡轮机燃料中包含非芳 烃、单环芳烃和多环芳烃化合物。将 芳烃含量尽可能降至低,有利于发 动机获得性能和长使用寿命。 由于芳烃含量会影响燃料的十六烷 值,并且不完全燃烧的芳烃将被排放 到大气中。因此,为保护环境和公共 健康,出台了各种法规。例如,美国 国家环境保护局 (USEPA) 和加州空气 资源委员会 (CARB) 出台的相关法规 以及炼油厂用于工艺和质量控制而自 行制定的规定。

 

美国材料与试验协会 (ASTM) 发布了 测试方法 D5186,利用超临界流体色 谱和火焰离子化检测器测定柴油燃料 和航空涡轮机燃料中的芳烃和多环芳 烃含量。与测试方法 D1319 和 D2425 相比,该测试方法表现出明显优势: • 应用范围更广 • 统计学精密度更高或者至少与其 他方法持平 • 不受燃料染色的影响 • 成本低、耗时短 该方法适用于分析总芳烃含量为 1%–75%(质量 %)和多环芳烃含量 为 0.5%–50%(质量 %)的样品1-3。

 

实验部分 化学品和溶液 根据 ASTM 方法中的指南配制样品和标样。

仪器 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统, 采用如下配置: • Agilent 1260 Infinity SFC 控制 模块 • Agilent 1260 Infinity SFC 二元泵 • Agilent 1260 Infinity 柱温箱 • CTC Analytics 液相色谱进样器 HTC PAL(宽 50 cm),经改进 配有 4 通阀(内部 0.5 µL 定量 环)和 DLW • SIM 火焰离子化检测器 完整解决方案可从 SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH (Oberhausen, Germany) 订购。

 

 分析柱 YMC-PACK-SIL_06, 250 × 4.5 mm, S-6 nm, 5 µm (YMC America, Inc., Allentown, PA, USA) 或 Agilent ZORBAX RX-SIL, 4.6 × 250 mm, 5 µm(部件号 880975-901) 限流器 PEEKsil,内径 100 µm,20 cm(用 于己烷冲洗流路) 软件 Agilent OpenLab CDS ChemStation 版,修订版 C.01.05 SFC/FID 配置 色谱柱的出口连接至 FID 的上部 T 形 管(图 1)。为冲洗反压调节器 (BPR), 通过二元泵的通道 B 连续泵送己烷。 为保持反压恒定和系统连续运行,将 限流毛细管集成到泵头 B 和 FID 下部 的 T 形管之间(图 1)。

 

结果与讨论: 下文展示了对 ASTM 测试方法第 8.2 节 中列出的系统性能要求的符合性。在 色谱图中,通过积分获得性能混标中 十六烷、甲苯、四氢化萘 (THN) 和萘 (N) 的峰面积。通过峰面积归一化, 计算燃料中各种化合物的质量百分比 含量。 FID 灵敏度 根据 ASTM 方法的规定,首先证明 FID 的灵敏度足以检出十六烷中 0.1% (质量 %)的甲苯(参见 ASTM 第 6.1 节)。图 2 表明 FID 的性能高于 这一要求。 根据 ASTM 第 7.6 节的规定,利用性 能混标 (PFM) 确定是否满足大多数方 法合格标准,如分离度、保留时间重 现性和检测器准确度。此外,利用该 混标确定积分标记线,对复杂的燃料 样品进行分组和积分。 分离度 图 3 显示了非芳烃(十六烷)与单环 芳烃(甲苯)之间的分离度,用 RNM 表 示。ASTM D5186 规定 RNM 值至少达 到 4,而实际实验中测得的值为 10。 另外,单环芳烃(四氢化萘)与多环 芳烃(萘)之间的分离度(用 RMD 表 示)是规定值的两倍(参见 ASTM 方 法第 8.2.1 节)。 保留时间重现性 利用 PFM 确定保留时间重现性。十六 烷和甲苯峰的保留时间重现性应优于 0.5% RSD。这点很重要,因为柴油样 品的积分标记线由 PFM 的分析确定。 图 4 显示了五幅色谱图的叠加图以及 峰面积对应的柴油馏分。

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