CNS 15112-2007 Method of test for determination of olefin content of gasolines by supercritical-fluid chromatography《汽油烯烃含量测定法(超临界流体层析法)》.pdf
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1、1 印月966月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 75.160.20 K6115115112 經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 966月23日 月日 (共13頁)汽油烯烴含量測定法 (超臨界流體層析法) Method of test for determination of olefin content of gasolines by supercritical-fluid chromatography 1. 適用範圍:本標準規定以超臨界流體層析 (supercritical-fluid chromatography, SFC)測定車用汽油及其摻
2、配源之總烯烴含量的方法,測定結果以 %(m/m)烯烴表示,適合檢測總烯烴含量 1 25 %(m/m)之汽油。 備考 1. 本標準適合用於測定市售成品汽油之烯烴,汽油中所添加不同濃度之含氧成分,如甲基第三丁基醚 (MTBE)、二異丙醚 (DIPE)、第三戊基甲基醚 (TAME)及乙醇,均不會干擾烯烴分析。 2. 本標準尚未設計用於測定汽油之飽和烴、芳香烴及含氧化物之含量。 3. 本標準採用國際單位制 (SI), 內之單位及數值僅供參考。 4. 本標準要旨不在強調有關使用它時的所有安全問題。使用者應建立適用之安全衛生操作準則,並且在使用前能決定規則範圍之應用性。對特定之危害聲明參閱各節相關備考。
3、2. 用語釋義 2.1 臨界壓力 (critical pressure):在臨界溫度下,將一種氣體凝結為其超臨界液態流體所需的最低壓力。 2.2 臨界溫度 (critical temperature):可藉由壓縮將一種氣體凝結為其超臨界液態流體的最高溫度。 2.3 超臨界流體 (critical fluid):維持在其臨界溫度與臨界壓力上之流體。 2.4 超臨界流體層析 (supercritical-fluid chromatography, SFC):一種以超臨界流體為移動相之層析法。 3. 方法概要 3.1 將具代表性的少量樣品注入至一組串 連式雙管柱,以超臨界二氧化碳流體為移動相。第一支
4、管柱填充物為具高表面 積的矽膠,第二支管柱填充物為吸附銀離子具高表面積矽膠,或是吸附銀離子的強陽離子交換材料。 3.2 本標準藉由兩個六孔轉閥導引汽油成 分依不同烴類別經由層析系統分離至偵檢器檢出。在正向流模 式中,飽和烴 (包含正、異烷烴及環烷烴 )經過兩支管柱先流至偵檢器,烯烴則被含銀離子的管 柱所吸附,而芳香烴與含氧化物仍被滯留於矽膠管柱;接著藉逆向流模式將芳香烴與含氧化物自矽膠管柱逆向吹驅 (back flushed)至偵檢器;最後再將烯烴自含銀離子的管柱逆向吹驅至偵檢器。 3.3 本標準採用火焰離子偵檢器 (FID),以相對於已知總烯烴含量 %(m/m)的參比標準品之層析所得烯烴信號
5、峰之面積作定 量校正,當樣品與參比標準品之密度不同2 CNS 15112, K 61151 時,結果須依其密度作修正。 4. 意義及應用 4.1 汽油所含的烯烴已證實在大氣中會導 致光化學反應,容易在都會區產生光化學煙霧。 4.2 我國行政院環境保護署所發布之車 用汽柴油成分及性能管制標準已規範烯烴含量上限,因而對生產者及執法者 都需要有一個適當的汽油烯烴含量之測定標準。 4.3 本標準相較於 CNS 3577液體石油產品中烴類型態之檢驗法 (螢光性吸收法 )更適於測定車用汽油之烯烴含量,因 具備不需任何樣品前處理、分析時間較短(僅約 10 分鐘 )及可自動化連續分析等優點。其他替代的汽油烯烴
6、分析方法尚有CNS 14830低烯烴汽油含氧化物、飽和烴、烯烴、環烷烴及芳香烴 (O-PONA)測定法 (氣相層析法 )、 CNS 14861汽油總 烯烴含量試驗法 (多維管柱氣相層析法 )及 CNS 14949汽油組成分測定法 (高解析毛細管柱氣相層析法 )等。 5. 儀器裝置 5.1 超臨界流體層析儀 (SFC):任何具備下列特性及符合第 7 節性能需求的 SFC 均可使用。 5.1.1 泵 (pump): SFC 泵須能在需求壓力下操作 (一般約須達 30 Mpa),且能供應足夠穩定地流速以符合滯留時間精密度的需求 (優於 0.3 %)與背景偵測 (第 7節 )。 SFC 泵特性是決定適
7、當管柱內徑的主因, 4.6 mm 內徑之管柱需要的泵容量至少要達到液態 CO2每分鐘 1 mL 以上; 2 mm 及 1 mm 內徑之管柱需要的泵容量至少要分別達到液態 CO2每分鐘 200 L 與 50 L 以上。 5.1.2 偵檢器:本標準採用火焰離子偵檢器 (FID)作定量偵測,在 FID 前端須加裝流量限制器維持管柱內所須之壓 力,以使泵及偵檢器各自發揮其功能。而為建立最佳的閥轉動時間亦可選擇性加裝一個二極陣列 式或可變波長式UV 偵檢器 (第 7 節及第 8 節 ),此偵檢器可有兩種連接法。 (1) 一個極小呆容 (dead volume)的 UV 偵檢器可以直接插裝在管柱與 FID
8、 之間串聯使用。 (2) 藉由在管柱出口加裝 T 型分流接頭 ,使其一端仍接流量限制器通到FID,另一端接上 UV 偵檢器後再加流量限制器,即可並聯使用雙偵檢器,惟 FID 前端的流量限制器與 UV 後端的流量限制器須能搭配以使泵及偵檢器各自發揮其功能。 5.1.3 樣品注入系統:需包含一個液態樣品注入閥,能精密地 (優於 0.5 %)導入微升或更少的定量樣品。經測試 1 L 樣品注入量可適合於 4.6 mm 內徑之管柱,而 2 mm 及 1 mm 內徑之管柱的適當樣品注入量分別為 200 nL 與 50 nL。樣品注入系統之安裝與操作方法須避免降低層析分離效果。 5.1.4 管柱:須採用兩支
9、相同內徑的管柱。 (1) 高表面積的矽膠管柱:須如第 7 節所述,能將烷烴與烯烴自芳香烴分離出來,一般可用一支或串聯幾支長度 250 mm 的管柱,此管柱填充物之3 CNS 15112, K 61151 平均粒徑為 5 m 或更小,孔隙度為 6 nm(60 ),而其表面積須大於 350 m2/g。 (2) 吸附銀離子的高表面積矽膠管柱,或是吸附銀離子的強陽離子交換材料之管柱均可,而陽離子交換材料之管柱聲稱較具穩定性。一般會使用長度 50 mm 或 100 mm 的管柱,此管柱填充物之平均粒徑為 5 m。 備考:表 1 列舉部分曾成功應用的典型管柱。 表 1 典型之管柱組合 矽膠管柱 吸附有銀離
10、子之管柱 供應廠 Merck 供應廠 Hypersil, Phenomenex, Selerity 填充物 Lichrospher SI 60 填充物 Hypersil SCX, Selectosil SCX, Ag+form 粒徑, m 5 粒徑, m 5 長度, mm 250 長度, mm 100或 50 內徑, mm 4.6 內徑, mm 4.6 5.1.5 管柱溫度控制:層析過程須能控制管柱溫度變化在 0.5 以內。 5.1.6 電腦或電子式積分器:須有測定 累加之信號面積的方法,採用電腦或電子式積分器均可,然須具備可以修正分析過程中信號基線漂移之功能。 5.1.7 轉閥:本標準須將兩
11、個六孔轉閥組裝如圖 1,以產生下列四種閥件狀態組合 (1) 閥件狀態 A:矽膠管柱 (正向流模式 )與銀離子管柱 (正向流模式 )串聯,作為 a. 注入樣品到管柱中。 b. 沖提 (elute)出飽和烴。 c. 吸附烯烴於銀離子管柱。 d. 滯留芳香烴與含氧化物於矽膠管柱。 (2) 閥件狀態 B:矽膠管柱 (逆向流模式 )仍連在線上,而銀離子管柱被隔離,用以逆向沖提出滯留於矽膠管柱的芳香烴與含氧化物等極性化合物。 (3) 閥件狀態 C:矽膠管柱被隔離,而銀離子管柱 (逆向流模式 )連在線上,用以逆向沖提出吸附於銀離子管柱的烯烴。 (4) 閥件狀態 D:矽膠管柱 (正向流模式 )連在線上,而銀離
12、子管柱被隔離,用以調適矽膠管柱以提昇分離效果。 4 CNS 15112, K 61151 圖 1 狀態 A 之管柱與閥件配置關係圖 注射埠 UV 偵檢器 矽膠管柱FID 偵檢器 轉閥 1 轉閥 2 銀子管柱on on 6. 試劑與材料 6.1 試劑純度:除非另有規定,所有試驗 中都必須使用分析級化學品、蒸餾或去離子水,其他等級新鮮蒸餾的試藥或試 劑,只要確定有足夠的純度而不至於降低測定準確性者,亦可使用。 6.2 空氣:以不含烴化物之零級空氣作為 FID 氧化劑。 備考:警告空氣為高壓壓縮氣體,有助燃性。 6.3 氫氣:以不含烴化物之高純度氫氣作為 FID 燃劑。 備考:警告氫氣為高壓壓縮氣體
13、,且為極易燃氣體。 6.4 校正標準品溶液:含有已知質量比率 %(m/m)之一般汽油中常見烯烴成分類型及濃度的烴類混合液,此烯烴混合物可 用不含烯烴的成分,例如烷化油、甲苯、二甲苯及含氧化物如 MTBE 等,以重量法作稀釋至接近待測樣品之烯烴濃度。 6.5 二氧化碳 (CO2): SFC 級,純度 99.99 %以上,以具備可供應液態 CO2導管之高壓液化鋼瓶盛裝。 備考: 警告高壓液化之 CO2液體,瞬間釋壓會產生冷而硬之乾冰與二氧化碳氣體,大量二氧化碳氣體會稀釋空氣中的氧氣濃度,嚴重時會導致窒息。 6.6 載樣時間測試用混合物 (loadingtime mixture):由一個典型烷烴化合
14、物與一個烯烴化合物摻配而成的混合物,用於第 7.2.2(3)a 節及第 7.2.2(3)b 節之載樣時間測試,可保護銀離子管柱避免其載入芳香烴。 6.7 性能測試混合物 (performance mixture):由一個典型烷烴化合物、一個單環芳香烴 (通常用甲苯 )與一個典型單烯烴化合物摻配而成的混合物,用於微調分析條5 CNS 15112, K 61151 件及測試系統性能。正庚烷、甲苯與 3-甲基 -2-戊烯之混合物曾成功地用於此項測試。 6.8 品管查核樣品 (quality control sample):含烯烴之車用汽油,用於測試建立並長期追蹤分析系統之精密度。 7. 儀器裝置之準
15、備 7.1 依照操作手冊安裝 SFC 儀器,系統操作條件是依所選用之管柱與最適性能之微調結果而定。表 1 中所列之分析條件曾被成功地應用。假如無法達到第 7.2 節所述之性能特性如滯留時間與解析度 特性,則可微調管柱溫度、壓力或移動相之流速。當矽膠管柱活性偏低時,參 閱可接受之液相層析管柱再生方法,可以適當溶劑沖提活化之。 7.2 系統性能 7.2.1 系統最適化: SFC 系統最適化的操作目標在達到矽膠管柱對各烴類之分離。其程序隨著儀器是否配備 UV 偵檢器會有不同。 (1) 當有配備 UV 偵檢器時,可以直接追蹤偵測三種烴類成分之分離情形:飽和烴在 UV 沒有吸收信號;烯烴在波長 220
16、nm 有強吸收信號,而於 250 nm或更高波長沒有吸收信號;芳香烴則自較低波長,延伸到 250 nm 及更高波長都有吸收信號。因而可以波長 220 nm 追蹤偵測緊接於飽和烴之後的烯烴,以波長 250 nm 追蹤偵測芳香烴。在此情形下,測試第 6.6 節之載樣時間測試用混合物以調整操作條件,可使烯烴與芳香烴之分離達到最適化。 (2) 當未配備 UV 偵檢器時,個別的純化合物及第 6.6 節之載樣時間測試用混合物均可用以調整操作條件,以使系統性能達到最適化。 7.2.2 管柱需求 (1) 矽膠管柱:對矽膠管柱的關鍵要求在於其對烯烴與芳香烴須達可供定量分離之性 能。此管柱性能可藉由將銀離子管柱隔
17、離第 5.1.7(4)節閥件狀態 D之後獨立作測試評估。 a. 當有配備 UV 偵檢器時,要求烯烴與芳香烴信號峰須可達到基線分離,而閥轉動時間就要設定在芳香烴信號出現之前。 b. 當僅有配備 FID 偵檢器時,分析性能測試混合物所得烯烴與芳香烴的解析度 RAO須達到 3 以上。 ( )()OAOAAOyyttR+=699.12(1) 式中, tA :芳香烴參比物 (甲苯 )之滯留時間,秒tO :烯烴參比物 (3-甲基 -2-戊烯 )之滯留時間,秒yA :芳香烴參比物 (甲苯 )之半波寬,秒yO :烯烴參比物 (3-甲基 -2-戊烯 )之半波寬,秒(2) 汽油中所有芳香烴及含氧化物與其他極性成分
18、均於 tAR時間內自矽膠管柱被逆向沖提出來,此 tAR時間 (參閱表 1)須少於載樣時間 tL(參閱表 1)的 5 倍。此芳香烴與極性成分均可由 FID 偵測,完全分離之判定是以信6 CNS 15112, K 61151 號讀值 (SEnd)回到芳香烴信號出現前之基線信號讀值 (SBaseline)或其強度不及芳香烴信號高度讀值 (hAromatics)的 0.1%,如式 (2): SEnd SBaseline hAromatics/1000 (2) (3) 銀離子管柱:此管柱功能只作為烯烴吸附管,祇要能滿足下面兩項要求,管柱穩定性與層析效能並非選擇與否之關鍵,首先此管柱要能定量分離飽和烴與烯
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