बहुआयामी गैस क्रोमेटोग्राफी द्वारा ईंधन में नाइट्रोजन यौगिक लक्षण वर्णन
Summary
यहां, हम डीजल और जेट ईंधन में नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के विभिन्न वर्गों की व्यापक रूप से विशेषता के लिए दो आयामी गैस क्रोमेटोग्राफी और नाइट्रोजन केमिनेसेंस डिटेक्शन (जीसीएक्सजीसी-एनसीडी) का उपयोग करने वाली एक विधि प्रस्तुत करते हैं।
Abstract
कुछ नाइट्रोजन युक्त यौगिक भंडारण के दौरान ईंधन अस्थिरता में योगदान कर सकते हैं । इसलिए, इन यौगिकों का पता लगाना और लक्षण वर्णन महत्वपूर्ण है । ईंधन जैसे जटिल मैट्रिक्स में ट्रेस यौगिकों को मापने पर काबू पाने के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां हैं। पृष्ठभूमि हस्तक्षेप और मैट्रिक्स प्रभाव जीसी-एमएस जैसे नियमित विश्लेषणात्मक इंस्ट्रूमेंटेशन की सीमाएं बना सकते हैं। ईंधन में ट्रेस नाइट्रोजन यौगिकों के विशिष्ट और मात्रात्मक माप को सुविधाजनक बनाने के लिए, एक नाइट्रोजन-विशिष्ट डिटेक्टर आदर्श है। इस विधि में ईंधन में नाइट्रोजन यौगिकों का पता लगाने के लिए नाइट्रोजन केमिनेसेंस डिटेक्टर (एनसीडी) का उपयोग किया जाता है। एनसीडी नाइट्रोजन-विशिष्ट प्रतिक्रिया का उपयोग करता है जिसमें हाइड्रोकार्बन पृष्ठभूमि शामिल नहीं है। द्वि-आयामी (जीसीएक्सजीसी) गैस क्रोमेटोग्राफी एक शक्तिशाली लक्षण वर्णन तकनीक है क्योंकि यह एक आयामी गैस क्रोमेटोग्राफी विधियों को बेहतर पृथक्करण क्षमताप्रदान करता है। जब GCxGC एक एनसीडी के साथ बनती है, ईंधन में पाया समस्याग्रस्त नाइट्रोजन यौगिकों बड़े पैमाने पर पृष्ठभूमि हस्तक्षेप के बिना विशेषता हो सकती है । इस पांडुलिपि में प्रस्तुत विधि थोड़ा नमूना तैयारी के साथ ईंधन में विभिन्न नाइट्रोजन युक्त यौगिक वर्गों को मापने के लिए प्रक्रिया का विवरण । कुल मिलाकर, इस GCxGC-NCD विधि को ईंधन में नाइट्रोजन युक्त यौगिकों की रासायनिक संरचना और ईंधन स्थिरता पर उनके प्रभाव की समझ को बढ़ाने के लिए एक मूल्यवान उपकरण दिखाया गया है । इस विधि के लिए % आरएसडी इंट्राडे के लिए 5% और इंटरडे विश्लेषण ों के लिए 10% है; एलओडी 1.7 पीपीएम है और LOQ 5.5 पीपीएम है।
Introduction
उपयोग से पहले, ईंधन रिफाइनरियों द्वारा व्यापक गुणवत्ता आश्वासन और विनिर्देश परीक्षण से गुजरना सत्यापित करने के लिए कि वे ईंधन का उत्पादन कर रहे हैं, एक बार प्रसारित होने के बाद उपकरणों की समस्याओं को विफल नहीं करेगा या कारण नहीं होगा । इन स्पेसिफिकेशन टेस्ट में फ्लैश पॉइंट वेरिफिकेशन, फ्रीज पॉइंट, स्टोरेज स्टेबिलिटी और कई और भी शामिल हैं । भंडारण स्थिरता परीक्षण महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे निर्धारित करते हैं कि ईंधन में भंडारण के दौरान गिरावट से गुजरने की प्रवृत्ति होती है, जिसके परिणामस्वरूप मसूड़ों या कणों का निर्माण होता है। अतीत में ऐसी घटनाएं हुई हैं जब एफ-76 डीजल ईंधन भंडारण के दौरान विफल रहे हैं, भले ही उन्होंने सभी विशिष्टता परीक्षण1पारित किए हों । इन विफलताओं के परिणामस्वरूप ईंधन में कण पदार्थ की उच्च सांद्रता हुई जो ईंधन पंप जैसे उपकरणों के लिए हानिकारक हो सकती है। इस खोज के बाद हुई व्यापक शोध जांच में यह सुझाव दिया गया कि कुछ प्रकार के नाइट्रोजन यौगिकों और कण निर्माण2,3,4,5के बीच एक कारण संबंध है । हालांकि, नाइट्रोजन सामग्री को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली कई तकनीकें कड़ाई से गुणात्मक हैं, व्यापक नमूना तैयारी की आवश्यकता होती है, और संदिग्ध नाइट्रोजन यौगिकों की पहचान के बारे में कम जानकारी प्रदान करती हैं। यहां वर्णित विधि एक दो आयामी जीसी (GCxGC) विधि एक नाइट्रोजन रसायनविज्ञान डिटेक्टर (एनसीडी) के साथ बनती है जिसे डीजल और जेट ईंधन में ट्रेस नाइट्रोजन यौगिकों की विशेषता और मात्रा निर्धारित करने के उद्देश्य से विकसित किया गया था।
गैस क्रोमेटोग्राफी का उपयोग पेट्रोलियम विश्लेषणों में बड़े पैमाने पर किया जाता है और तकनीक से जुड़े साठ से अधिक प्रकाशित एएसएम पेट्रोलियम विधियां हैं। डिटेक्टरों की एक विस्तृत श्रृंखला गैस क्रोमेटोग्राफी जैसे बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस, एएसएम D27896,D57697),फोरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR, के साथ संयुक्त है, D59868),वैक्यूम पराबैंगनी स्पेक्ट्रोस्कोपी (VUV, D80719),लौ आयनीकरण डिटेक्टर (एफआईडी, D742310),और रसायन शोधन डिटेक्टरों (D550411,D780712,D4629-1713)। ये सभी विधियां ईंधन उत्पाद के बारे में महत्वपूर्ण रचनात्मक जानकारी प्रदान कर सकती हैं। चूंकि ईंधन जटिल नमूना मैट्रिस हैं, गैस क्रोमेटोग्राफी उबलते बिंदु, ध्रुवीकरण और कॉलम के साथ अन्य बातचीत के आधार पर नमूना यौगिकों को अलग करके रचनात्मक विश्लेषण को बढ़ाती है।
इस पृथक्करण क्षमता को आगे बढ़ाने के लिए, ऑर्थोगोनल कॉलम रसायन विज्ञान के साथ अनुक्रमिक स्तंभों का उपयोग करके रचनात्मक नक्शे प्रदान करने के लिए दो-आयामी गैस क्रोमेटोग्राफी (जीसीएक्सजीसी) विधियों का उपयोग किया जा सकता है। यौगिकों का पृथक्करण ध्रुवता और उबलते बिंदु दोनों से होता है, जो ईंधन घटकों को अलग करने का एक व्यापक साधन है। यद्यपि GCxGC-एमएस के साथ नाइट्रोजन युक्त यौगिकों का विश्लेषण करना संभव है, जटिल नमूने के भीतर नाइट्रोजन यौगिकों की ट्रेस एकाग्रता पहचान14को रोकती है। जीसी-एमएस तकनीकों का उपयोग करने के लिए तरल-तरल चरण निष्कर्षण का प्रयास किया गया है; हालांकि, यह पाया गया कि निष्कर्षण अधूरा है और महत्वपूर्ण नाइट्रोजन यौगिकों15बाहर . इसके अतिरिक्त, दूसरों ने ईंधन नमूना मैट्रिक्स हस्तक्षेप16की क्षमता को कम करते हुए नाइट्रोजन सिग्नल को बढ़ाने के लिए ठोस चरण निष्कर्षण का उपयोग किया है। हालांकि, इस तकनीक को अपरिवर्तनीय खुदरा कुछ नाइट्रोजन प्रजातियों, विशेष रूप से कम आणविक वजन नाइट्रोजन असर प्रजातियों के लिए पाया गया है ।
नाइट्रोजन केमिनेसेंस डिटेक्टर (एनसीडी) एक नाइट्रोजन-विशिष्ट डिटेक्टर है और इसका सफलतापूर्वक उपयोग ईंधन विश्लेषण17,18,,19के लिए किया गया है। यह नाइट्रोजन युक्त यौगिकों, नाइट्रिक ऑक्साइड (नहीं) के गठन और ओजोन के साथ एक प्रतिक्रिया (समीकरण 1 और 2 देखें)20की दहन प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। यह एक क्वार्ट्ज रिएक्शन ट्यूब में पूरा होता है जिसमें प्लेटिनम उत्प्रेरक होता है और ऑक्सीजन गैस की उपस्थिति में 900 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है।
इस प्रतिक्रिया से उत्सर्जित फोटॉनों को फोटोमल्टी्चर ट्यूब के साथ मापा जाता है। इस डिटेक्टर में नाइट्रोजन युक्त सभी यौगिकों के लिए एक रैखिक और समभावीय प्रतिक्रिया है क्योंकि सभी नाइट्रोजन युक्त यौगिकों को नंबर एक में परिवर्तित कर दिया जाता है । यह मैट्रिक्स प्रभाव से भी ग्रस्त नहीं है क्योंकि नमूने में अन्य यौगिकों को प्रतिक्रिया (समीकरण 1) के रूपांतरण चरण के दौरान गैर-रसायनीय प्रजातियों (सीओ2 और एच2ओ) में परिवर्तित कर दिया जाता है। इस प्रकार, यह ईंधन जैसे जटिल मैट्रिक्स में नाइट्रोजन यौगिकों को मापने के लिए एक आदर्श विधि है।
इस डिटेक्टर की समतुल्य प्रतिक्रिया ईंधन में नाइट्रोजन यौगिक मात्रा के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि ईंधन की जटिल प्रकृति प्रत्येक नाइट्रोजन एनालिएट के अंशांकन के लिए अनुमति नहीं देती है। इस डिटेक्टर की चयनात्मकता एक जटिल हाइड्रोकार्बन पृष्ठभूमि के साथ भी ट्रेस नाइट्रोजन यौगिकों का पता लगाने की सुविधा प्रदान करती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस विधि का उद्देश्य तरल निष्कर्षण जैसे व्यापक नमूना तैयारी के बिना डीजल और जेट ईंधन की नाइट्रोजन सामग्री के बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान करना है। यह एक नाइट्रोजन-विशिष्ट डिटेक्टर (नाइट्रोजन केमिल…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के लिए फंडिंग सपोर्ट डिफेंस लॉजिस्टिक्स एजेंसी एनर्जी (DLA एनर्जी) और नेवल एयर सिस्टम्स कमांड (NAVAIR) द्वारा प्रदान किया गया था ।
यह शोध किया गया जबकि एक लेखक ने अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला में एनआरसी रिसर्च एसोसिएटशिप पुरस्कार का आयोजन किया ।
Materials
| 10 µL syringe | Agilent | gold series | |
| 180 µm x 0.18 µm Secondary Column | Restek | Rxi-1MS | nonpolar phase column, crossbond dimethyl polysiloxane |
| 250 µm x 0.25 µm Primary Column | Restek | Rxi-17SilMS | midpolarity phase column |
| Autosampler tray and tower | Agilent | 7963A | |
| Carbazole | Sigma | C5132 | 98% |
| Diethylaniline | Aldrich | 185898 | ≥ 99% |
| Dimethylindole | Aldrich | D166006 | 97% |
| Duel Loop Thermal Modulator | Zoex Corporation | ZX-1 | |
| Ethylcarbazole | Aldrich | E16600 | 97% |
| Gas chromatograph | Agilent | 7890B | |
| GC vials | Restek | 21142 | |
| GCImage Software, Version 2.6 | Zoex Corporation | ||
| Indole | Aldrich | 13408 | ≥ 99% |
| Isopropyl Alcohol | Fisher Scientific | A461-500 | Purity 99.9% |
| Methylaniline | Aldrich | 236233 | ≥ 99% |
| Methylquinoline | Aldrich | 382493 | 99% |
| Nitrogen Chemiluminescence Detector | Agilent | 8255 | |
| Pyridine | Sigma-Aldrich | 270970 | anhydrous, 99.8% |
| Quinoline | Aldrich | 241571 | 98% |
| Trimethylamine | Sigma-Aldrich | 243205 | anhydrous, ≥ 99% |
References
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