Характеристика азотных соединений в топливе с помощью многомерной газовой хроматографии

Перед использованием топлива проходят обширные проверки качества и проверки спецификаций нефтеперерабатывающими заводами, чтобы убедиться, что производимое ими топливо не выйдет из строя или не вызовет проблем с оборудованием после их распространения. Эти тесты спецификации включают проверку точки вспышки, точку замораживания, стабильность хранения и многое другое. Тесты на стабильность хранения имеют важное значение, поскольку они определяют, имеют ли топливо тенденцию к деградации во время хранения, что приводит к образованию десен или твердых частиц. Там были случаи в прошлом, когда F-76 дизельного топлива не удалось во время хранения, хотя они прошли все тесты спецификации¹. Эти сбои привели к высокой концентрации твердых частиц в топливе, что может нанести ущерб такому оборудованию, как топливные насосы. Обширные исследования, которые последовали за этим открытием, показали, что существует причинно-следственная связь между определенными типами соединений азота и образованием твердых частиц^2,,33,4,5. Однако многие методы, используемые для измерения содержания азота, являются строго качественными, требуют тщательной подготовки образцов и дают мало информации о личности подозрительных соединений азота. Описанный в настоящем году метод представляет собой двухмерный метод GC (GCxGC) в паре с детектором химилюминесценции азота (НИЗ), который был разработан с целью характеристики и количественной оценки микроазовых соединений в дизельном топливе и реактивном топливе.

Газовая хроматография широко используется в анализе нефти и Есть более шестидесяти опубликованных ASTM нефтяных методов, связанных с техникой. Широкий спектр детекторов сочетается с газовой хроматографией, такой как масс-спектрометрия (MS, ASTM D2789⁶, D5769⁷), Фурье-трансформер инфракрасная спектроскопия (FTIR, D5986⁸), вакуумная ультрафиолетовая спектроскопия (VUV, D8071⁹),¹³детектор ионизации пламени (FID, D7423¹⁰), и детекторы хемилюминизенс (D5504¹¹, D7807¹², D777). Все эти методы могут предоставить значительную композиционную информацию о топливном продукте. Поскольку топливо является сложным образец матрицы, газовая хроматография усиливает композиционный анализ путем разделения образец соединений на основе точки кипения, полярности и других взаимодействий с колонкой.

Для дальнейшего этого разделения способности, двумерный газ хроматографии (GCxGC) методы могут быть использованы для обеспечения композиционных карт с помощью последовательных столбцов с ортогональной колонки химии. Разделение соединений происходит как по полярности, так и по точке кипения, что является комплексным средством изолировать топливные компоненты. Хотя можно анализировать азотсодержащие соединения с помощью GCxGC-MS, концентрация следов соединений азота в сложном образце препятствует идентификации^14. Для использования методов GC-MS были предприняты попытки извлечения жидкой фазы; однако было установлено, что добыча является неполной и исключает важные соединения азота^15. Кроме того, другие использовали твердую фазу извлечения для повышения азота сигнала при одновременном снижении потенциала для топлива образца матрицы помех¹⁶. Тем не менее, этот метод был найден для необратимой розничной торговли некоторых видов азота, особенно низкий молекулярный вес азотоносных видов.

Детектор химилюминесценции азота (НИЗ) является азотным детектором и успешно используется для анализа топлива^17,,18,,19. Он использует реакцию сгорания азотсодержащих соединений, образование оксида азота (NO), и реакцию с озоном (см. Уравнения 1 и 2)²⁰. Это достигается в кварцевой реакционной трубке, которая содержит платиновый катализатор и нагревается до 900 градусов по Цельсию в присутствии кислородного газа.

Фотоны, испускаемые этой реакцией, измеряются с помощью трубки фотомультипликатора. Этот детектор имеет линейный и эквимолярный ответ на все азотсодержащие соединения, потому что все азотсодержащие соединения преобразуются в NO. Он также не подвержен матричным эффектам, поскольку другие соединения в выборке преобразуются в нехемилюминесценционные виды (CO₂ и H₂O) во время этапа преобразования реакции (Equation 1). Таким образом, это идеальный метод измерения соединений азота в сложной матрице, такой как топливо.

Эквимолярная реакция этого детектора имеет важное значение для количественной оценки соединений азота в топливе, поскольку сложный характер топлива не позволяет калибровки каждого азотного анализа. Избирательность этого детектора облегчает обнаружение микроазотных соединений даже при сложном углеводородном фоне.