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      成品油中硫含量的測定方法對比研究

      2021-10-20 03:01:02邵薈薈馬慧鄭金鳳山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院山東濟(jì)南250100
      化工管理 2021年27期
      關(guān)鍵詞:熒光法庫侖光譜法

      邵薈薈,馬慧,鄭金鳳(山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院,山東 濟(jì)南 250100)

      0 引言

      硫含量是石油產(chǎn)品檢測中的一項(xiàng)重要控制指標(biāo),成品油中的含硫化合物不僅會(huì)腐蝕機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)管道,還會(huì)使汽車三元催化器催化劑中毒失效,極大降低轉(zhuǎn)化效率,使碳氧化物和氮氧化物排放量增加,污染環(huán)境,同時(shí)硫化合物本身燃燒產(chǎn)生的硫氧化物也是大氣重要污染源之一[1]。實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的硫含量測定方法有紫外熒光法、微庫侖法和單波長色散X-射線熒光法,而近紅外光譜法隨著化學(xué)分析科學(xué)的發(fā)展,近幾年發(fā)展較為迅速,已逐漸應(yīng)用于成品油檢測領(lǐng)域。

      1 原理

      紫外熒光法:試樣由進(jìn)樣器注入高溫裂解管中,在高溫和富氧條件下,試樣中的含硫化合物轉(zhuǎn)化為二氧化硫,含硫氣體脫水干燥后由惰性載氣送入反應(yīng)室。在反應(yīng)室內(nèi),二氧化硫吸收紫外光轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)二氧化硫,當(dāng)激發(fā)態(tài)二氧化硫返回穩(wěn)定態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)射熒光,此時(shí)能量被光電倍增管檢測,通過電信號定量轉(zhuǎn)化為硫含量[2]。

      微庫侖法:樣品隨惰性氣流進(jìn)入石英高溫裂解管,首先在汽化段進(jìn)行熱裂解,然后隨載氣進(jìn)入燃燒段,與氧氣在高溫下混合燃燒,含硫化合物充分燃燒生成二氧化硫,二氧化硫繼續(xù)隨載氣吹掃進(jìn)入滴定池,在滴定池內(nèi)與電解液中的三碘根離子(I3ˉ)反應(yīng)生成碘離子(Iˉ),三碘根離子濃度變化被參比電極捕捉,轉(zhuǎn)化為電信號,輸入到庫侖放大器中,定量轉(zhuǎn)化為硫含量[3]。

      單波長色散X-射線熒光法是利用電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生的能極差進(jìn)行定性定量分析。不同元素在受激發(fā)躍遷時(shí)吸收能量不同,可以利用X-射線波長對元素定性分析;熒光強(qiáng)度與物質(zhì)的濃度有關(guān),根據(jù)熒光的強(qiáng)度可以對元素的含量進(jìn)行定量分析[3]。

      近紅外光譜法是利用含有氫基團(tuán)(X—H,X 為C、O、N 等)化學(xué)鍵的伸縮振動(dòng)的倍頻和合頻,以透射或反射方式獲取在近紅外區(qū)的吸收光譜,將獲得的吸收光譜利用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論形成被測樣品數(shù)據(jù)庫或校正曲線,進(jìn)而建立光譜與樣品含量之間的線性或非線性關(guān)系(定標(biāo)模型),在不破壞樣品原有成分的前提下實(shí)現(xiàn)利用光譜信息對待測樣品的快速高效分析[4]。

      2 實(shí)驗(yàn)條件及影響因素

      2.1 紫外熒光法

      (1)燃燒管溫度:一般控制在1 050 ℃左右,在此溫度下樣品可以充分氣化,使含硫化合物完全轉(zhuǎn)化為二氧化硫。燃燒管溫度偏低會(huì)使樣品中硫化物氧化不充分,進(jìn)而影響檢測結(jié)果,同時(shí)也容易在裂解管內(nèi)形成積碳,影響設(shè)備使用壽命。(2)載氣流速:載氣流速增加,檢測器響應(yīng)值會(huì)隨之增加,但燃燒管中易出現(xiàn)積碳;載氣流速降低,檢測器響應(yīng)值隨之減小,出峰時(shí)間會(huì)延長。(3)進(jìn)樣速度:進(jìn)樣速度過慢會(huì)產(chǎn)生拖尾峰,降低硫轉(zhuǎn)化率;進(jìn)樣速度過快會(huì)導(dǎo)致樣品不能在燃燒管內(nèi)徹底燃燒分解,從而降低硫轉(zhuǎn)化率,此外手動(dòng)進(jìn)樣不能保持勻速,影響結(jié)果重復(fù)性,可以選擇自動(dòng)進(jìn)樣器勻速進(jìn)樣。

      2.2 庫倫法

      (1)滴定池:滴定池是整個(gè)儀器的心臟,實(shí)驗(yàn)過程中要保持滴定池內(nèi)電解液裝填高度適宜,鉑電極無氧化,電解液要保持新鮮、無污染、無雜質(zhì)。(2)偏壓:偏壓大小會(huì)影響樣品轉(zhuǎn)化率,偏壓過大容易產(chǎn)生超調(diào)峰,偏壓過小會(huì)出現(xiàn)拖尾峰[5]。(3)氣流量:氧氣作為燃?xì)?,其流量直接影響轉(zhuǎn)化率,適當(dāng)提高會(huì)使樣品燃燒更充分,轉(zhuǎn)化率更高;氧氣流量過低,樣品燃燒不充分,導(dǎo)致裂解管、滴定池積碳,影響設(shè)備靈敏度[6]。(4)裂解管溫度:裂解管溫度低會(huì)使樣品在入口段不能完全汽化,樣品轉(zhuǎn)化不充分會(huì)降低硫轉(zhuǎn)化率,此外未能燃燒的重組分會(huì)在裂解管內(nèi)壁沉積形成積碳,影響檢測精度和設(shè)備使用壽命[7];溫度過高會(huì)縮短石英裂解管的壽命。

      2.3 單波長色散X-射線熒光法

      (1)環(huán)境溫度:工作環(huán)境溫度應(yīng)控制在25 ℃左右,否則會(huì)影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。(2)樣品盒和薄膜:樣品盒應(yīng)清潔干燥,薄膜應(yīng)干凈透明,無褶皺。

      2.4 近紅外光譜法

      應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)需要建立模型,因此為了保證獲得穩(wěn)定可靠的模型,需要大量、多元數(shù)據(jù)來充實(shí)數(shù)據(jù)庫。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 準(zhǔn)確度

      選取5個(gè)已知濃度的硫含量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(中石化石油化工科學(xué)研究院)進(jìn)行試驗(yàn),測試四種方法的準(zhǔn)確度,結(jié)果如表1所示。

      表1 四種方法準(zhǔn)確度

      表1看出,四種不同方法精密度有較大差異,其中紫外熒光法、庫倫法和單波長色散X-射線熒光法準(zhǔn)確度較高,與理論值基本一致;近紅外光譜法實(shí)測值與理論值有較大差異,準(zhǔn)確度較差。

      3.2 回收率

      采用低硫組分油中加入硫含量標(biāo)樣,依次用紫外熒光法、庫倫法、單波長色散X-射線熒光法、近紅外光譜法測定硫含量,考察四種方法和設(shè)備的加標(biāo)回收情況,結(jié)果如表2所示。

      表2看出,紫外熒光法、庫倫法和單波長色散X-射線熒光法的加標(biāo)回收率均在95%~105%范圍之內(nèi),此三種方法具有很好的回收率,能夠滿足成品油中硫含量的檢測要求,而近紅外光譜法的個(gè)別回收率高到129.6%,可見近紅外光譜法測定硫含量的穩(wěn)定性較差。

      表2 四種方法加標(biāo)回收率

      3.3 精密度

      選取成品汽、柴油樣品,用以上四種方法分別測定硫含量,各進(jìn)行4次測試,比較四種方法的重復(fù)性,結(jié)果處理如表3所示。

      表3 四種方法精密度比較

      表3看出,紫外熒光法、微庫侖法和單波長色散X-射線熒光法精密度較好,可以滿足檢測需求,近紅外光譜法精密度較差。

      4 結(jié)語

      (1)紫外熒光法、微庫侖法和單波長色散X-射線熒光法都能夠很好地滿足成品油硫含量測定中重復(fù)性和準(zhǔn)確度檢測需求。微庫侖法設(shè)備開機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間較長,測量結(jié)果受到滴定池、電解液、偏壓等多因素影響,測量過程比較復(fù)雜,整個(gè)試驗(yàn)需要數(shù)小時(shí)時(shí)間;紫外熒光法相對微庫侖法,試驗(yàn)過程較簡單;單波長色散X-射線熒光法無需載氣,檢測僅需要幾分鐘時(shí)間,分析快速高效。(2)近紅外光譜法是利用含有氫基團(tuán)化學(xué)鍵的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的近紅外區(qū)吸收光譜,建立光譜與質(zhì)量指標(biāo)之間的線性關(guān)系,而成品油中硫的存在形態(tài)繁多,不是所有的含硫組分具有氫基團(tuán)(S—H),因此建立的線性關(guān)系準(zhǔn)確性差,不能全面的定量硫含量。

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