TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7989:2008 (ASTM D 1840 – 07) VỀ NHIÊN LIỆU TUỐC BIN HÀNG KHÔNG – XÁC ĐỊNH HYDROCACBON NAPHTALEN – PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ TỬ NGOẠI

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 7989 : 2008

ASTM D 1840 – 07

NHIÊN LIỆU TUỐC BIN HÀNG KHÔNG – XÁC ĐỊNH HYDROCACBON NAPHTALEN – PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ TỬ NGOẠI

Aviation turbine fuels – Determination of naphthalene hydrocarbons – Ultraviolet spectrophotometry method

Lời nói đầu

TCVN 7989 : 2008 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 1840-07 Standard Test Method for Naphthalene Hydrocarbons in Aviation Turbine Fuels by Ultraviolet Spectrophotometry với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 1840-07 thuộc bản quyền của ASTM quốc tế.

TCVN 7989 : 2008 do Tiểu ban kỹ thuật Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC28/SC2 Nhiên liệu lỏng – Phương pháp thử biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

NHIÊN LIỆU TUỐC BIN HÀNG KHÔNG – XÁC ĐỊNH HYDROCACBON NAPHTALEN – PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ TỬ NGOẠI

Aviation turbine fuels – Determination of naphthalene hydrocarbons – Ultraviolet spectrophotometry method

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định tổng nồng độ của naphtalen, acenaphten, và các dẫn xuất alkyl của các hydrocacbon có trong nhiên liệu phản lực. Tiêu chuẩn này dùng để phân tích nhiên liệu chứa không quá 5 % các chất trên và có các điểm sôi cuối dưới 315 ^oC (600 ^oF), tuy nhiên trong chương trình thử nghiệm liên phòng sử dụng dải nồng độ từ 0,03 % thể tích đến 4,25 % thể tích để thiết lập độ chụm cho qui trình A và 0,08 % thể tích đến 5,6 % thể tích để thiết lập độ chụm cho qui trình B. Phương pháp này xác định hàm lượng naphtalen lớn nhất có thể có trong nhiên liệu.

1.2. Các giá trị tính theo hệ SI là giá trị tiêu chuẩn. Các giá trị ghi trong ngoặc đơn dùng để tham khảo.

1.3. Tiêu chuẩn này không đề cập đến các qui tắc an toàn liên quan đến việc áp dụng tiêu chuẩn. Người sử dụng tiêu chuẩn này phải có trách nhiệm lập ra các qui định thích hợp về an toàn và sức khỏe, đồng thời phải xác định khả năng áp dụng các giới hạn qui định trước khi sử dụng. Các cảnh báo, xem 8.1 và 8.2.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các bản sửa đổi (nếu có).

ASTM E 131 Terminology relating to molecular spectroscopy (Thuật ngữ liên quan đến quang phổ phân tử).

ASTM E 169 Practices for general techniques of ultraviolet-visible quantitative analysis (Kỹ thuật chung về phân tích định lượng bằng tử ngoại khả kiến).

ASTM E 275 Practice for describing and measuring performance of ultraviolet, visible, and near- Infrared spectrophotometers (Phương pháp nhận dạng và đo tính năng của các thiết bị tử ngoại khả kiến và quang phổ hồng ngoại gần).

3. Thuật ngữ, định nghĩa

3.1. Định nghĩa

3.1.1. Định nghĩa của các thuật ngữ liên quan đến quang phổ hấp thụ trong tiêu chuẩn này là phù hợp với các thuật ngữ của ASTM E 131. Các thuật ngữ đặc biệt riêng là:

3.1.2. Năng lượng bức xạ (radiant energy)

Năng lượng được truyền như sóng điện từ.

3.1.3. Công suất bức xạ (radiant power)

Tốc độ, tại đó năng lượng được truyền trong chùm năng lượng bức xạ.

3.2 Định nghĩa của các thuật ngữ dùng riêng trong tiêu chuẩn này

3.2.1. Độ hấp thụ (absorbance)

Đặc tính phân tử của một chất xác định khả năng tiếp nhận năng lượng bức xạ, biểu thị bằng:

A = log₁₀ (1/T) = – log₁₀ T                                    (1)

trong đó

T hệ số truyền qua, xác định tại 3.2.5.

3.2.1.1. Giải thích – Có thể cần hiệu chỉnh độ truyền qua quan sát được (thể hiện qua phổ kế) bằng cách bù trừ các thất thoát do phản xạ, thất thoát do dung môi hấp thụ, hoặc các hiệu ứng khúc xạ.

3.2.2. Hệ số hấp thụ (absorptivity)

Đặc tính riêng của một chất là độ hấp thụ công suất bức xạ trên một đơn vị nồng độ mẫu và độ dài đường dẫn, biểu thị bằng:

a = A/bc                                                            (2)

trong đó

A độ hấp thụ, xác định tại 3.2.1;

b bề dày của cuvet mẫu;

c lượng chất hấp thụ có trong một đơn vị thể tích dung môi.

3.2.2.1. Giải thích – Các phép phân tích định lượng bằng tử ngoại được dựa trên định luật hấp thụ năng lượng, đó là định luật Beer. Luật nêu rõ độ hấp thụ của một mẫu đồng nhất chứa một chất hấp thụ là tỷ lệ thuận với nồng độ của chất hấp thụ tại bước sóng đơn, biểu thị bằng:

A = abc                                                             (3)

trong đó

A độ hấp thụ, xác định tại 3.2.1;

a hệ số hấp thụ, xác định tại 3.2.2;

b bề dày của cuvet mẫu;

c lượng chất hấp thụ có trong một đơn vị thể tích dung môi.

3.2.3. Nồng độ (concentration)

Lượng các hydrocacbon naphtalen tính theo gam trên một lít isooctan.

3.2.4. Bề dày của cuvet mẫu (sample cell path length)

Khoảng cách tính theo centimet, đo được theo hướng truyền của chùm tia năng lượng bức xạ, giữa các bề mặt mẫu mà năng lượng chiếu tới và bề mặt mẫu năng lượng đi ra.

3.2.4.1. Giải thích – Khoảng cách này không bao gồm chiều dày thành cuvet mẫu.

3.2.5. Độ truyền qua, T (transmitance)

Tính chất phân tử của một chất xác định khả năng chuyển tải của công suất bức xạ, biểu thị bằng:

T = P/P_i                                                            (4)

trong đó

P công suất bức xạ đã đi qua mẫu;

P_i công suất bức xạ đi tới mẫu.

4. Tóm tắt phương pháp

Tổng nồng độ của naphtalen trong nhiên liệu phản lực được xác định bằng phép đo độ hấp thụ của dung dịch nhiên liệu đã biết nồng độ, tại bước sóng 285 nm.

5. Ý nghĩa và sử dụng

Phương pháp xác định các hydrocacbon naphtalen là một trong nhóm các phép thử dùng để đánh giá các tính chất cháy của nhiên liệu tuốc bin hàng không gốc kerosen. Hàm lượng hydrocacbon naphtalen cần xác định vì naphtalen khi cháy có xu hướng tạo ngọn lửa khói, nhiều muội và bức xạ nhiệt nhiều hơn các aromatic vòng đơn.

6. Sự cản trở

6.1. Các chất cản trở sẽ cộng vào hàm lượng biểu kiến naphtalen. Các phenantren, dibenzotiophen, biphenyl, benzotiophen và antracen nếu có mặt cũng gây cản trở. Giới hạn điểm sôi cuối bằng 315 ^oC sẽ giảm thiểu sự cản trở, trừ các biphenyl, benzotiophen. Sự góp phần vào hàm lượng naphtalen đo được do sự có mặt 1 % các chất cản trở có thể xác định theo Bảng 1.

6.2. Các hydrocacbon no, olefin, thiophen, và các dẫn xuất alkyl hoặc cycloalkyl của benzen không gây cản trở.

Bảng 1 – Các chất cản trở

7. Thiết bị, dụng cụ

7.1. Quang phổ kế, được trang bị để đo độ hấp thụ của các dung dịch trong vùng phổ từ 240 nm đến 300 nm với chiều rộng bước phổ bằng hoặc nhỏ hơn 1 nm. Các số đo chiều dài bước sóng sẽ lặp lại và chính xác đến bằng hoặc nhỏ hơn 0,1 nm như đo bằng vạch phát xạ thủy ngân tại 253,65 nm hoặc phổ hấp thụ của thủy tinh holmi oxit hoặc dung dịch holmi oxit tại 287,1 nm.Tại mức hấp thụ 0,4 trong vùng phổ giữa 240 nm đến 300 nm, các số đo độ hấp thụ của các mẫu sẽ lặp lại trong khoảng ± 0,5 %, hoặc tốt hơn. Trong dải hấp thụ từ 0,2 đến 0,8, độ chính xác của phép đo quang không được chênh nhau quá ± 0,5 %, đối với các mẫu mà độ hấp thụ đã được phòng thí nghiệm chuẩn hóa thiết lập.

7.1.1. Giải thích – Nhiều nhà sản xuất cung cấp các chuẩn thứ, dẫn xuất từ chuẩn đầu, để kiểm tra độ chính xác của bước sóng và độ chính xác phổ của quang phép đo quang. Các chất chuẩn này được sử dụng để đánh giá tính năng của quang phổ kế, với điều kiện là thiết bị này được hiệu chuẩn định kỳ như qui định của nhà sản xuất.

7.2. Thiết bị phải được công bố lần đầu và sau đó định kỳ về sự đảm bảo rằng thiết bị được vận hành theo đúng qui định để cho các kết quả tương đương như nêu tại 7.1.

CHÚ THÍCH 1 Tham khảo ASTM E 275 về việc kiểm tra các quang phổ kế sử dụng trong các phương pháp này. Các chất khác thay thế, phù hợp với các chất nêu tại 7.1 là dicromat kali trong axit pecloric, đối với độ chính xác của phép đo quang; và dung dịch 20 mg/l naphtalen có độ tinh khiết cao (>99 %) trong isooctan loại quang phổ đối với độ chính xác chiều dài bước sóng. Chất sau có chiều dài bước sóng tối đa ít nhất là 285,7 nm. Không được sử dụng dung dịch naphtalen để kiểm tra độ chính xác của phép đo uang.

7.3. Cuvet silica thủy tinh, hai cái, có bề dày bằng 1,00 cm ± 0,005 cm.

7.4. Pipet, loại A.

7.5. Giấy ghi phổ.

7.6. Cân phân tích, có khả năng trừ bì hoặc cân 100 g chính xác đến 0,0001 g. Cân phải có độ chính xác đến ± 0,0002 g trên khối lượng 100 g.

8. Dung môi

8.1. Phổ ký 2,2,4 trimetylpentan (isooctan), (Cảnh báo – Isooctan rất dễ cháy, độc nếu hít vào).

CHÚ THÍCH 2 Loại Isooctan có bán sẵn trên thị trường dùng cho quang phổ. Isooctan kỹ thuật là nguyên liệu gốc phù hợp để chuẩn bị dung môi cho quang phổ. Lọc 4 l hoặc 5 l Isooctan qua cột silica gel hoạt tính (74 µm), có đường kính từ 50,8 mm đến 76,2 mm, chiều dài (sâu) từ 0,6 m đến 0,9 m. Chỉ lấy phần dung môi có độ truyền lớn hơn 90 % so với nước cất, trên toàn bộ dải phổ từ 249 nm đến 300 nm. Bảo quản trong các chai thủy tinh được làm sạch cẩn thận, có nắp thủy tinh, và luôn luôn đóng kín. Nói chung tốt nhất là dùng silicagel mới để chuẩn bị lô dung môi mới. Tuy nhiên có thể phải làm hoạt tính lại gel bằng cách rót 500 ml aceton qua cột, tháo xả hết, làm khô bằng cách hút, và sấy theo từng lớp gel trong tủ sấy tại nhiệt độ 400 ^oC, cho đến khi gel trở lại mầu trắng. Bảo quản silica gel trong các vật chứa kín.

8.2. Dung môi làm sạch cuvet – Aceton hoặc rượu etylic (Cảnh báo – Aceton hoặc rượu etylic rất dễ cháy, độc nếu hít vào), sau khi bay hơi có có cặn không lớn hơn 10 mg/kg.

CHÚ THÍCH 3 Yêu cầu 10 mg/kg là tối đa đối với yêu cầu kỹ thuật cấp thuốc thử. Có thể sử dụng các dung môi loại này, không cần các phép xác định khác.

9. Hiệu chuẩn và chuẩn hóa

Thay vì phải chuẩn hóa trực tiếp quang phổ kế theo các hàm lượng naphtalen đã biết, hệ số hấp thụ trung bình của naphtalen từ C₁₀ đến C₁₃ tại 285 nm có thể lấy tại 33,7 l/g.cm. Các số liệu sử dụng để tính giá trị trung bình được cho trong Bảng 2.

Bảng 2 – Các số liệu Dự án nghiên cứu 44 của API* phát hành

10. Qui trình A – Dãy dung dịch pha loãng

CHÚ THÍCH 4 Có thể sử dụng qui trình B nếu phù hợp.

10.1. Tham khảo hướng dẫn kỹ thuật trong ASTM E 169. Kiểm tra cẩn thận các bước bảo quản và làm sạch cuvet, các dụng cụ thủy tinh, các bộ điều chỉnh và phương pháp đo độ hấp thụ.

10.2. Chuẩn bị ba dung dịch pha loãng mẫu như sau:

10.2.1. Dung dịch pha loãng thứ nhất – Nếu mẫu có tính bay hơi cao hơn isooctan, cho từ 10 ml đến 15 ml isooctan loại quang phổ vào bình nón định mức thủy tinh 25 ml có nắp khô và sạch. Cân khoảng 1 g mẫu cho vào bình, dùng dung môi quang phổ pha loãng đến vạch mức, và lắc kỹ. Nếu mẫu bay hơi thấp hơn isooctan, cân khoảng 1 g mẫu vào bình định mức, dùng dung môi phổ ký pha loãng đến vạch mức và lắc kỹ.

10.2.2. Dung dịch pha loãng thứ hai – Dùng pipet lấy 5,00 ml của dung dịch thứ nhất vào bình nón định mức bằng thủy tinh 50 ml có nắp khô và sạch, dùng dung môi quang phổ pha loãng đến vạch mức, và lắc kỹ.

10.2.3. Dung dịch pha loãng thứ ba – Pha loãng 5,00 ml của dung dịch thứ hai đến 50 ml theo đúng cách như nêu tại 10.2.2.

10.3. Xác định sự hiệu chỉnh cuvet – Đo và ghi lại độ hấp thụ của isooctan loại quang phổ đã đổ vào cuvet mẫu để so sánh với isooctan loại quang phổ đã đổ vào cuvet dung môi.

10.4. Phép đo độ hấp thụ – Chuyển phần dung dịch pha loãng cuối cùng vào cuvet mẫu của quang phổ kế. Phủ ngay cuvet lại để tránh các hydrocacbon thơm từ cuvet mẫu truyền sang cuvet dung môi. Kiểm tra các cửa sổ của cuvet hấp thụ và đảm bảo sạch. Đo độ hấp thụ như hướng dẫn trong ASTM E 169. Ghi lại độ hấp thụ của mẫu để so sánh với isooctan loại quang phổ tại 285 nm.

CHÚ THÍCH 5 Kiểm soát dung dịch pha loãng của mẫu sao cho số đọc độ hấp thụ nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,8 đối với độ tái lập lớn nhất của các kết quả. Để đạt được, có thể phải dùng dung dịch thứ ba khác so với qui định tại 10.2.3, ví dụ như pha loãng 10 ml dung dịch thứ hai đến 25 ml bằng dung môi.

11. Qui trình B – Pha loãng 100 ml dung dịch thay thế

11.1. Giải thích – Việc tổ chức qui trình pha loãng đơn bao gồm qui trình thay thế để giảm thời gian thử nghiệm, dụng cụ thủy tinh, các lỗi khi làm sạch dụng cụ và pha loãng.

11.2. Tham khảo hướng dẫn kỹ thuật nêu trong ASTM E 169. kiểm tra kỹ các khâu bảo quản, làm sạch các cuvet và dụng cụ thủy tinh, các bộ điều khiển và phương pháp đo độ hấp thụ.

11.3. Chuẩn bị mẫu – Cho một lượng tương ứng với mẫu vào bình định mức có dung tích 100 ml sạch, khô, đã cân bì. Ghi lại khối lượng chính xác đến 0,0001 g. Dùng isooctan loại quang phổ pha loãng đến vạch mức, đóng nắp và lắc kỹ.

11.3.1. Tham khảo Bảng 3 về danh mục khối lượng mẫu liên quan đến nồng độ (các) naphtalen có các số đọc độ hấp thụ trong khoảng từ 0,2 đến 0,8 như qui định tại Chú thích 7. Mẫu 60 mg sẽ tương ứng với nhiên liệu phản lực điển hình có các naphtalen trong khoảng từ 0,8 % thể tích đến 3,0 % thể tích.

CHÚ THÍCH 6 Dùng micropipet là phù hợp để cho thêm vào các thể tích tương ứng. Nếu tại thời điểm chuẩn bị mẫu chưa biết khối lượng riêng của nhiên liệu, thì lấy ước lượng khoảng 0,8.

11.4. Xác định sự hiệu chỉnh cuvet – Thực hiện như 10.3.

11.5. Phép đo độ hấp thụ – Thực hiện như 10.4.

12. Tính toán kết quả

12.1. Tính phần trăm khối lượng của naphtalen có trong mẫu như sau:

Naphtalen, % khối lượng = [(A × K)]/(33,7 × W)] × 100 (5)

trong đó

A độ hấp thụ đã hiệu chỉnh (độ hấp thụ quan sát được trừ hiệu chỉnh của cuvet) của dung dịch pha loãng đo được. Đối với qui trình A tại điều 10 sử dụng dãy dung dịch pha loãng.

K Thể tích tương đương của dung môi, tính bằng lít, nếu chuẩn bị dung dịch pha loãng theo từng bước riêng. Đối với dung dịch pha loãng đầu tiên, K = 0,025, đối với dung dịch pha loãng thứ hai, K = 0,25, đối với dung dịch pha loãng thứ ba, K = 2,5. Đối với dung dịch pha loãng thứ ba để thay thế, K = 0,625.

Đối với qui trình B trong điều 11, sử dụng dung dịch pha loãng 100 ml.

K = 0,10

W khối lượng mẫu đã dùng, tính bằng g;

33,7 hệ số hấp thụ trung bình của các naphtalen từ C₁₀ đến C₁₃, tính bằng l/g.cm.

12.2. Tính phần trăm thể tích của naphtalen như sau:

Naphtalen, % thể tích = M × (B/C)                      (6)

trong đó

M phần trăm khối lượng của naphtalen;

B khối lượng riêng tương đối của nhiên liệu toàn phần (15 ^oC/15 ^oC);

C khối lượng riêng tương đối của các naphtalen (15 ^oC/15 ^oC) = 1,00.

Bảng 3 – Khối lượng và thể tích mẫu dự tính lấy theo % thể tích naphtalen có trong mẫu trong quy trình pha loãng một lần để độ hấp thụ nằm trong khoảng 0,2 đến 0,8 đơn vị (giả sử khối lượng riêng bằng 0,8)

13. Báo cáo kết quả

Báo cáo các giá trị phần trăm thể tích của naphtalen bằng số chính xác đến 0,01 %.

14. Tham khảo phổ

Hệ số hấp thụ của từng hydrocacbon naphtalen tại 285 nm được lấy từ các số liệu của API về phổ tử ngoại, như nêu trong Bảng 2.

CHÚ THÍCH 7 Giá trị trung bình số học của độ hấp thụ nêu trên là 33,7. Độ tin cậy của độ hấp thụ trung bình là số đo của các naphtalen đã chọn, có thể xác định theo bảng trên.

15. Độ chụm và độ chệch

15.1. Độ chụm – Độ chụm của phép thử được xây dựng trên cơ sở kiểm tra thống kê các kết quả thử nghiệm liên phòng. Độ chụm của qui trình A được xây dựng trên cơ sở kiểm tra các kết quả thử nghiệm liên phòng của các mẫu có hàm lượng naphtalen trong khoảng từ 0,03 % thể tích đến 4,25 % thể tích. Độ chụm của qui trình B được xây dựng trên cơ sở kiểm tra các kết quả thử nghiệm liên phòng của các mẫu có hàm lượng naphtalen trong khoảng từ 0,08 % thể tích đến 5,6 % thể tích. Độ chụm của phương pháp thử này như sau:

15.1.1. Độ lặp lại – Chênh lệch giữa hai kết quả thí nghiệm liên tiếp, nhận được do cùng một thí nghiệm viên thực hiện trên cùng một thiết bị trong những điều kiện vận hành không đổi với cùng một mẫu thử, trong một thời gian dài với thao tác bình thường và chính xác của phương pháp thử, chỉ một trong 20 trường hợp được vượt quá các giá trị sau:

Độ lặp lại của qui trình A = 0,0222 (1,00 + X)                                           (7)

Độ lặp lại của qui trình B = 0,056 X^0,6                                                      (8)

trong đó

X trung bình của hai kết quả, % thể tích.

15.1.2. Độ tái lập – Chênh lệch giữa hai kết quả đơn lẻ và độc lập, thu được do các thí nghiệm viên khác nhau làm việc ở các phòng thí nghiệm khác nhau trên một mẫu thử như nhau, trong một thời gian dài với điều kiện thao tác bình thường và chính xác của phương pháp thử, chỉ một trong 20 trường hợp được vượt quá giá trị sau:

Độ tái lập của qui trình A = 0,0299 (1,00 + X)                                          (9)

Độ tái lập của qui trình B = 0,094 X^0,6                                                      (10)

trong đó

X trung bình của hai kết quả, % thể tích.

CHÚ THÍCH 8 Thiết bị không phù hợp các yêu cầu kỹ thuật qui định trong 7.1 sẽ cho độ chụm kém hơn nhiều.

15.2. Độ chệch – Chưa xác định được độ chệch cho qui trình xác định hydrocacbon naphtalen, vì hệ hấp thụ khác nhau, phụ thuộc vào thành phần các dẫn xuất của từng naphtalen có trong mẫu.