多次元ガスクロマトグラフィーによる燃料中の窒素化合物の特性解析

使用前に、燃料は、生産している燃料が故障しないか、一度普及した機器の問題を引き起こさないことを確認するために、製油所によって広範な品質保証と仕様試験を受けます。これらの仕様テストには、引火点の検証、フリーズポイント、ストレージの安定性などが含まれます。貯蔵安定性試験は、燃料が貯蔵中に劣化する傾向があるかどうかを判断し、ガムまたは微粒子の形成をもたらすと判断する上で重要です。F-76ディーゼル燃料が全ての^{仕様試験1}に合格したにもかかわらず、貯蔵中に故障した過去の発生がありました。これらの障害は、燃料ポンプなどの機器に有害である可能性のある燃料中の粒子状物質の高濃度をもたらしました。この発見に続く広範な研究調査は、窒素化合物の特定のタイプと粒子形成^{22、3、4、53,4,5}との間に因果関係があることを示唆した。しかし、窒素含有量を測定するために使用される技術の多くは厳密に定性的であり、広範なサンプル調製を必要とし、疑わしい窒素化合物の身元に関する情報をほとんど提供していない。本明細書に記載される方法は、ディーゼルおよびジェット燃料における微量窒素化合物の特性化および定量化を目的として開発された窒素化学発光検出器(NCD)と組み合わせた2次元GC(GCxGC)法である。

ガスクロマトグラフィーは石油分析で広く使用されており、この技術に関連する60以上の公表されたASTM石油法があります。質量分析(MS、ASTM D2789 6、D5769^7)、フーリエ変換赤外分光⁶法(FTIR、 D5986^8)、真空紫外分光(VUV、D8071^9)、炎イオン化検出器(FID、D7423^10)、および化学発光検出器(D5504 11、D7807¹¹12、D4629-17^13)。12これらの方法はすべて、燃料製品に関する重要な構成情報を提供できます。燃料は複合サンプルマトリックスであるため、ガスクロマトグラフィーは、沸点、極性、およびその他のカラムとの相互作用に基づいてサンプル化合物を分離することによって組成分析を強化します。

さらにこの分離能力を得るために、二次元ガスクロマトグラフィー(GCxGC)法を利用して、直交カラム化学で順次カラムを使用して組成マップを提供することができる。化合物の分離は極性と沸点の両方によって起こり、これは燃料構成成分を分離するための包括的な手段である。GCxGC-MSで窒素含有化合物を分析することは可能であるが、複合試料内の窒素化合物の微量濃度は同定¹⁴を阻害する。GC-MS技術を使用するために液体-液相抽出が試みられました。しかし、抽出が不完全であり、重要な窒素化合物¹⁵を除外することが判明した。さらに、他の人は、燃料サンプルマトリックス干渉¹⁶の可能性を低減しながら窒素信号を増強するために固相抽出を使用している。しかし、この技術は、特定の窒素種、特に低分子量の窒素を含む種を非可逆的に小売することが発見された。

窒素化学発光検出器(NCD)は窒素特異的検出器であり、燃料分析^{17、18、19,18,19}に正常に使用されています。窒素含有化合物の燃焼反応、一酸化窒素(NO)の形成、およびオゾンとの反応(式1及び2を参照⁾²⁰を利用する。これは、白金触媒を含む石英反応管で達成され、酸素ガスの存在下で900°Cに加熱されます。

この反応から放出される光子は、フォトマルチプライヤチューブで測定されます。この検出器は、すべての窒素含有化合物がNOに変換されるため、全ての窒素含有化合物に対して線形かつ等モル応答を有する。また、試料中の他の化合物が反応の変換工程中に非化学発光種_(CO2および_H2O)に変換されるため、マトリックス効果を起こさなくなる傾向がある(式1)。したがって、燃料のような複雑なマトリックス中の窒素化合物を測定するのに理想的な方法である。

燃料の複雑な性質は、各窒素の検体のキャリブレーションを可能にしないため、この検出器の正モル応答は、燃料中の窒素化合物定量のために重要です。この検出器の選択性は、複雑な炭化水素の背景を有する微量窒素化合物の検出を容易にする。