คำหลัก

น้ำมันเบนซิน; สารเติมแต่ง; อะนิลีน; โครมาโทกราฟีแก๊ส;

1. บทนำ เนื่องจากการจำกัดพลังงานปิโตรเลียมและเทคโนโลยีการกลั่นภายในประเทศ ทำให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ผลิตโดยโรงกลั่นทั่วไปในตลาดมีปริมาณไม่เพียงพอ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันผสมจำนวนมากทะลักเข้าสู่ตลาด น้ำมันเบนซินผสมทั่วไปส่วนใหญ่ผสมกับแนฟทาอะโรมาติกผสม (น้ำมันเบา) เป็นวัตถุดิบหลัก อย่างไรก็ตาม ในบริบทของราคาวัตถุดิบที่สูงและการเพิ่มผลกำไรสูงสุด สารประกอบอะนิลีนมักถูกใช้เป็นสารเติมแต่งน้ำมันเบนซินที่ไม่ธรรมดา เพื่อให้ดัชนีคุณภาพของน้ำมันเบนซินที่มีสารเติมแต่งดังกล่าวเป็นไปตามมาตรฐานน้ำมันเบนซินสำหรับรถยนต์ของประเทศ ตัวอย่างเช่น การเติม N-เมทิลอะนิลีน 1% (เศษส่วนมวล) สามารถเพิ่มค่าออกเทนได้ 2-4 หน่วย [1] อย่างไรก็ตาม สารเติมแต่งอะนิลีนมีอันตรายที่อาจเกิดขึ้นต่อการเคลื่อนที่และความปลอดภัยของยานพาหนะ และ N-เมทิลอะนิลีนเป็นสารประกอบที่มีไนโตรเจน ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ในไอเสียรถยนต์ ทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมในบรรยากาศและสุขภาพของมนุษย์ ส่วนประกอบหลักของสารเติมแต่งอะนิลีน ได้แก่ อะนิลีน, N-เมทิลอะนิลีน, o-เมทิลอะนิลีน, p-เมทิลอะนิลีน, m-เมทิลอะนิลีน และ N, n-ไดเมทิลอะนิลีน ปัจจุบัน วิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการตรวจวัดสารประกอบเมทิลอะนิลีน ได้แก่ การวัดด้วยสเปกโทรโฟโตเมตรีของแนฟทาลีนไดเอทิลอะมีน, โครมาโทกราฟีแก๊ส-การตรวจจับด้วยเคมีเรืองแสงของไนโตรเจน, โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง เป็นต้น [2-4] การวัดด้วยสเปกโทรโฟโตเมตรีของแนฟทาลีนไดเอทิลอะมีนแบบดั้งเดิมจะรบกวนผลการตรวจวัดเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียง และวิธีการ HPLC ก็ได้รับผลกระทบจากการรบกวนของเมทริกซ์น้ำมันเบนซินอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

วิธีการวิเคราะห์ด้วยแก๊สโครมาโทกราฟี-การตรวจจับไนโตรเจนด้วยเคมีเรืองแสงนั้น จำเป็นต้องเตรียมเครื่องตรวจจับไนโตรเจนด้วยเคมีเรืองแสงที่มีราคาแพง ซึ่งสามารถตรวจจับไนโตรเจนได้อย่างเลือกสรร มาตรฐานแห่งชาติฉบับร่างล่าสุด (ที่ยังไม่ได้ตีพิมพ์) “แก๊สโครมาโทกราฟีสำหรับการกำหนดสารประกอบออกซีและสารประกอบอะนิลีนในน้ำมันเบนซิน” ยังได้อธิบายวิธีการวิเคราะห์โดยใช้สวิตช์ Deans บนคอลัมน์ขั้วตรงข้ามสองคอลัมน์ โดยใช้เครื่องตรวจจับเปลวไฟไอออนไฮโดรเจนที่พบได้ทั่วไปและค่อนข้างราคาไม่แพง สำหรับวิธีการนี้ ThermoFisher Scientific ได้ตีพิมพ์เอกสารการประยุกต์ใช้งาน (Application Notes C GC-50) เพื่อความง่าย เอกสารนี้ได้แนะนำวิธีการคอลัมน์เดียวที่เร็วกว่า โดยอิงตามมาตรฐานท้องถิ่น DB37/T-2650 ที่ออกโดยมณฑลซานตงในปี 2015 [5] ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้ใช้งานง่าย มีความสามารถในการทำซ้ำที่ดี และมีความแม่นยำสูง ในขณะเดียวกัน วิธีการนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อแก้ปัญหาการรบกวนของการหาปริมาณอะนิลีนโดยองค์ประกอบเมทริกซ์ของน้ำมันเบนซิน

2. ภาพรวมของหลักการของวิธีการ โดยใช้คอลัมน์โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ที่มีขั้ว สารประกอบอะนิลีนในน้ำมันเบนซินสำหรับยานยนต์จะถูกแยกออกจากเมทริกซ์ของน้ำมันเบนซิน โดยใช้แอซีโตฟีโนนเป็นสารมาตรฐานภายใน ปริมาณของอะนิลีน, เอ็น-เมทิลอะนิลีน, โอ-เมทิลอะนิลีน, พี-เมทิลอะนิลีน, เอ็ม-โทลูอิดีน และเอ็น,เอ็น-ไดเมทิลอะนิลีนในน้ำมันเบนซินสำหรับยานยนต์จะถูกวิเคราะห์โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟที่ติดตั้งตัวตรวจจับการแตกตัวเป็นไอออนด้วยเปลวไฟ (FID) และความเข้มข้นของแต่ละองค์ประกอบจะถูกคำนวณโดยอ้างอิงจากสารมาตรฐานภายใน

3. เครื่องดนตรี

3.1 เครื่องวิเคราะห์แก๊สโครมาโทกราฟ Trace 1300E พร้อมช่องรับแก๊สแบบขนาน/ไม่ขนาน

เครื่องสุ่มตัวอย่างอัตโนมัติ AS1310, เครื่องตรวจจับไอออนไนเซชันด้วยเปลวไฟ (FID);

3.2 ซอฟต์แวร์คาเมเลียน

3.3 ไมโครไซริงค์: ความจุ 10 ไมโครลิตร

4. สารเคมีและวัสดุ

4.1 คอลัมน์: คอลัมน์โพลาร์, TG-Wax, ความยาวคอลัมน์ 60 เมตร

เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.25 มม. ความหนาของฟิล์มของเหลว 0.25 ไมโครเมตร

4.2 เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น สารเคมีที่ใช้ในวิธีการนี้เป็นสารเคมีบริสุทธิ์ระดับวิเคราะห์และได้รับอนุญาต

ใช้สารเคมีอื่นที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า

สารเคมีที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ รวมถึงอะนิลีน (Ca #62-53-3), N-

เมทิลอะนิลีน (CAS#100-61-8), โอ-เมทิลอะนิลีน (CAS#95-53-4)

พี-เมทิลอะนิลีน (CAS#106-49-0), เอ็ม-เมทิลอะนิลีน (CAS#188-44-)

1) และ N,n-dimethylaniline (CAS#121-69-7) โดยใช้ฟีนิลีนเป็นสารมาตรฐานภายใน

คีโตน (CASA #96-86-2)

5. วิธีการทดลอง

5.1 การสร้างกราฟมาตรฐาน

5.1.1 การเตรียมสารละลายมาตรฐาน: สารมาตรฐานทั้งหมดเป็นไอโซออกเทน (มีความบริสุทธิ์ทางโครมาโทกราฟี)

การเจือจาง โดยกำหนดค่าด้วยสารอะนิลีน 6 ชนิด ในความเข้มข้น 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1% ตามลำดับ

สำหรับตัวอย่างมาตรฐานที่ระดับความเข้มข้น 1.5% และ 2% โปรดดูตารางที่ 1 สำหรับข้อมูลความเข้มข้นโดยละเอียด

ตารางที่ 1. ตารางความเข้มข้นของตัวอย่างมาตรฐาน

5.1.2ตัวอย่างมาตรฐานได้รับการวิเคราะห์ตามวิธีการ GC ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2. วิธี GC

5.1.3 เชิงคุณภาพ: ส่วนประกอบต่างๆ ถูกวิเคราะห์เชิงคุณภาพโดยพิจารณาจากเวลาการคงตัวของแต่ละส่วนประกอบ และโครมาโตแกรมของตัวอย่างมาตรฐานประเภททั่วไป (ระดับความเข้มข้น 0.1%) แสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1. โครมาโทแกรมของตัวอย่างมาตรฐานทั่วไป

5.1.4 สร้างกราฟมาตรฐาน แก้ไขวิธีการสอบเทียบในวิธีการประมวลผลข้อมูลในซอฟต์แวร์ Chameleon โดยกำหนดประเภทการสอบเทียบเป็นแบบเชิงเส้น (ไม่บังคับเกินจุดกำเนิด) ประเภทการประเมินเป็นพื้นที่พีค และสารมาตรฐานภายในเป็นแบบแปรผัน สมการกราฟมาตรฐานและสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เชิงเส้นของแต่ละองค์ประกอบแสดงในตารางที่ 3 และกราฟมาตรฐานของแต่ละองค์ประกอบแสดงในรูปที่ 2-7

ตารางที่ 3 ข้อมูลเส้นโค้งสอบเทียบ

5.1.5 การคำนวณผลลัพธ์: คำนวณอัตราส่วนของพื้นที่พีคของแต่ละองค์ประกอบต่อพื้นที่พีคของอะซีโตฟีโนน อ่านค่าเศษส่วนปริมาตรมวลของแต่ละองค์ประกอบที่สอดคล้องกับอัตราส่วนนั้นจากเส้นโค้งการแก้ไขที่เหมาะสม และผลลัพธ์มีความแม่นยำถึง 0.01%

6. ผลการวิจัยและการอภิปราย

6.1 เส้นกราฟมาตรฐาน: เส้นกราฟมาตรฐานสร้างขึ้นจากผลิตภัณฑ์มาตรฐาน 6 ชนิด โดยมีช่วงความเข้มข้นเชิงปริมาตรตั้งแต่ 0.01% ถึง 2.0% และค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เชิงเส้น R2 มากกว่า 0.999 ตามลำดับ (ดูรายละเอียดในตารางที่ 3)

6.2 การตรวจสอบและปรับปรุงวิธีการ: เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสวิตช์ของดีนส์ วิธีการคอลัมน์เดี่ยวที่นำเสนอในบทความนี้มีข้อดีคือต้นทุนต่ำ การใช้งานง่าย และความสามารถในการทำซ้ำสูง อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบบางอย่างในเมทริกซ์ของน้ำมันเบนซินอาจส่งผลกระทบต่อสารประกอบอะนิลีนได้

ตัวอย่างเช่น ตามวิธีการที่อธิบายไว้ในเอกสารนี้ เมื่อทำการทดสอบตัวอย่างเมทริกซ์น้ำมันเบนซินเปล่า พบว่าหลังจากเปรียบเทียบกับโครมาโตแกรมของตัวอย่างมาตรฐานแล้ว มีพีคปรากฏขึ้นที่ประมาณ 0.04 นาที (ความกว้างของพีคคือ 0.07 นาที) จากส่วนประกอบอะนิลีนของผลิตภัณฑ์มาตรฐาน ซึ่งรบกวนการวิเคราะห์อะนิลีน (ดูรูปที่ 2)

3

รูปที่ 2 การเปรียบเทียบสเปกตรัมของสารละลายมาตรฐานอะนิลีนกับสเปกตรัมของตัวอย่างน้ำมันเบนซินเปล่า

เพื่อยืนยันว่าสารนี้ไม่ใช่แอนิลีน และเพื่อขจัดสิ่งรบกวนต่อการหาปริมาณแอนิลีน วิธีการในบทความนี้จึงได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม และกระบวนการเพิ่มอุณหภูมิตามโปรแกรมคือ

คำอธิบายของ DB37/T-2650 ที่ระบุ 5℃/นาที เปลี่ยนเป็น 4℃/นาที ตัวอย่างเมทริกซ์น้ำมันเบนซินที่เติมตัวอย่างมาตรฐานแล้วถูกวิเคราะห์ด้วยวิธีนี้ ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3

วิธีการที่ได้รับการปรับปรุงนี้สามารถแยกส่วนประกอบนี้ออกจากอะนิลีนในเมทริกซ์ของน้ำมันเบนซินได้ และยังพิสูจน์เพิ่มเติมว่าสามารถเก็บตัวอย่างน้ำมันได้โดยใช้วิธี DB37/T-2650

พีคที่เวลา 21.905 นาทีไม่ใช่สารอะนิลีน สารรบกวนถูกระบุว่าเป็นแนฟทาลีนโดยการวิเคราะห์มวลสารเชิงคุณภาพและการเปรียบเทียบกับสารมาตรฐาน

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบสเปกตรัมของตัวอย่างน้ำมัน ตัวอย่างอะนิลีน และเมทริกซ์น้ำมันเบนซิน (วิธีที่ปรับให้เหมาะสม)

6.2 การทดลองอัตราการฟื้นตัวและความแม่นยำ: การทดลองอัตราการฟื้นตัวมาตรฐานดำเนินการกับตัวอย่างน้ำมันเบนซินเปล่า และทดลองอัตราการฟื้นตัวมาตรฐานที่ระดับการเติม 100 ppm (n = 5) ผลลัพธ์แสดงในตารางที่ 4

ตารางที่ 4. อัตราการฟื้นตัวและผลการทดสอบความสามารถในการทำซ้ำ

7.บทสรุป

การทดลองนี้อ้างอิงถึงมาตรฐานท้องถิ่น DB37/T-2650 ของมณฑลซานตง และใช้เครื่องตรวจจับ FID ในการตรวจหาสารประกอบอะนิลีนในน้ำมันเบนซิน วิธีการนี้เรียบง่ายและให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ แม้ว่าอาจมีการรบกวนเกิดขึ้นในการวิเคราะห์จริง แต่การรบกวนของแนฟทาลีนในน้ำมันเบนซินบางชนิดต่อการวิเคราะห์อะนิลีนสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการปรับเงื่อนไขให้เหมาะสม

เอกสารอ้างอิง:

[1］Zhong Shaofang, WEN Huan และคณะ การหาปริมาณสารเติมแต่งเมทิลอะนิลีนในน้ำมันเบนซินโดยวิธีแก๊สโครมาโทกราฟี [J]. Spectrum Laboratory, 2012, เล่มที่ 29, ฉบับที่ 6, 3564-3567.

［2］Zhang Maolin, LI Baoding, ZHANG Yufa. การศึกษาการหาปริมาณ N-methylaniline โดยวิธีสเปกโทรโฟโตเมตรี [J]. วารสารมหาวิทยาลัยธัญพืชเจิ้งโจว, 2000, 21(2) : 86-88.

[3］Liu Baomin, LIU Minghong, XU Hong และคณะ การศึกษาการหาปริมาณอะนิลีน, N-เมทิลอะนิลีน และ N, N-ไดเมทิลอะนิลีนในอากาศพร้อมกันโดยใช้โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง [J]. วารสารการตรวจสอบสุขภาพของจีน, 2552, 19(8) : 1804-1807

［4］หยาง หยงถาน, อู๋ หมิงชิง, หวัง เจิ้ง การกระจายตัวของสารประกอบที่มีไนโตรเจนในน้ำมันเบนซินเร่งปฏิกิริยาโดยโครมาโทกราฟีแก๊ส-การตรวจจับไนโตรเจนด้วยเคมีเรืองแสง [J]. โครมาโทกราฟี, 2010, 28(4): 336 — 340

DB37/T-2650 การหาปริมาณสารประกอบอะนิลีนในน้ำมันเบนซินโดยวิธีแก๊สโครมาโทกราฟี