B-100 biodiesel methyl esters - Determination of free and total glycerin - Gas chromatography method
Lời nói đầu
TCVN 7867:2008 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 6584-07 Standard Test Method for Determination of Free and Total Glycerin in B-100 Biodiesel Methyl Esters by Gas Chromatography với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 6584-07 thuộc bản quyền của ASTM quốc tế.
TCVN 7867:2008 do Tiểu ban kỹ thuật tiêu chuẩn 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.
ESTE METYL CỦA DIÊZEN SINH HỌC GỐC B100 - XÁC ĐỊNH GLYCERIN TỰ DO VÀ GLYCERIN TỔNG - PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ
B-100 biodiesel methyl esters - Determination of free and total glycerin - Gas chromatography method
1.1. Tiêu chuẩn này qui định phương pháp định lượng glycerin tự do và glycerin tổng có trong este metyl B100 bằng sắc ký khí. Glycerin tự do được phát hiện trong dải từ 0,005% khối lượng đến 0,05% khối lượng, và glycerin tổng từ 0,05% khối lượng đến 0,5% khối lượng. Qui trình này không áp dụng cho este metyl của dầu thực vật thu được từ dầu lauric, như dầu dừa, và dầu hạt cọ.
1.2. Các giá trị dùng đơn vị SI là các giá trị tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn này không qui định các đơn vị đo lường khác.
1.3. Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khỏe cũng như khả năng áp dụng phù hợp với các giới hạn qui định trước khi đưa vào sử dụng.
Các tài liệu viện dẫn sau là rất cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên 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 D 4307 Practice for preparation of liquid blends for use as analytical standards (Hướng dẫn pha chế các chất lỏng để dùng làm các chất chuẩn phân tích).
ASTM E 355 Practice for gas chromatography. Terms and relationships (Phương pháp sắc ký khí. Thuật ngữ và các vấn đề liên quan).
ASTM E 594 Practice for testing flame ionization detectors used in gas or supercritical fluid chromatography (Hướng dẫn kiểm tra các detector ion hóa ngọn lửa trong sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng siêu tới hạn).
3.1. Định nghĩa các thuật ngữ dùng trong tiêu chuẩn này.
3.1.1. Diezen sinh học (B100) (biodiesel B-100)
Nhiên liệu bao gồm các mono-alkyl este của các axit béo mạch dài được lấy từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
3.1.2. Glycerin liên kết (bonded glycerin)
Phần glycerin có trong các phân tử mono-, di-, và triglyceride.
3.1.3. Glycerin tổng (total glycerin)
Tổng của glycerin tự do và glycerin liên kết.
3.2. Tiêu chuẩn này có liên quan đến các mối tương quan, các thuật ngữ và các qui trình sắc ký khí. Các định nghĩa cụ thể có thể tham khảo ASTM E 355 và ASTM E 594.
Mẫu được phân tích bằng sắc ký khí, sau khi silic hóa (silyating) với N-metyl-N-trimetylsilytrifluoceramide (MSTFA). Đường chuẩn thu được bằng cách sử dụng hai chất chuẩn nội và bốn chất chuẩn. Xác định mono-, di-, và triglyceride bằng cách so sánh với các chuẩn monoolein, diolein và triolein tương ứng. Áp dụng hệ số chuyển đổi trung bình cho mono-, di-, và triglyceride để tính hàm lượng glycerin liên kết của mẫu thử.
Hàm lượng glycerin tự do và liên kết phản ánh chất lượng của nhiên liệu sinh học. Hàm lượng glycerin tự do cao có thể gây bất lợi trong quá trình bảo quản, hoặc trong hệ thống nhiên liệu của động cơ, do sự tách pha của glycerin. Hàm lượng glycerin tổng cao có thể làm tắc kim phun, cũng có thể góp phần tạo cặn tại đầu phun, pitton và tại các van.
6.1. Hệ thống sắc ký - Xem ASTM E 355 về định nghĩa và ký hiệu.
6.1.1. Máy sắc ký khí (GC), có khả năng hoạt động ở các điều kiện nêu tại Bảng 1
Bảng 1 - Các điều kiện vận hành của máy sắc ký
|
Bộ bơm mẫu |
||
|
Làm lạnh cột phun Kích cỡ mẫu |
1ml |
|
|
Chương trình hóa nhiệt độ cột |
||
|
Nhiệt độ ban đầu Tốc độ 1 Tốc độ 2 Tốc độ 3 |
500C 150C/min đến 1800C 70C/min đến 2300C 300C/min 3800C |
giữ trong 1 min
giữ trong 10 min |
|
Detector |
||
|
Loại Nhiệt độ |
Ion hóa ngọn lửa 3800C |
|
|
Khí mang |
||
|
Loại Tốc độ dòng |
Hydro hoặc heli 3ml/min |
Đo tại 500C |
6.1.2. Cột - Cột dạng ống hở chứa 5% phenylpolydimetylsiloxan liên kết và lớp mỏng phủ bên trong có pha liên kết nang. Cột phải có nhiệt độ giới hạn trên ít nhất là 4000C. Cột có chiều dài bằng 10m hoặc 15m, đường kính trong bằng 0,32mm, và độ dày màng bằng 0,1mm là phù hợp. Có thể sử dụng bất kỳ loại cột nào, miễn là có hiệu quả và độ nhạy tương đương hoặc tốt hơn. Nên dùng loại cột bảo vệ chịu nhiệt độ cao, dài 2m đến 5m, đường kính 0,53mm nối từ đầu phun đến cột phân tích. Có thể dùng các đầu phun tự động, đồng thời làm tăng tuổi thọ cột.
6.2. Hệ thống thu nhập dữ liệu điện tử
6.2.1. Máy tích phân hoặc máy vi tính, khuyến cáo dùng các loại máy có khả năng vẽ đồ thị theo thời gian thực và hiện số các dữ liệu sắc ký khí. Có thể đo điện tích pic và thời gian lưu bằng máy vi tính hoặc máy tích phân điện tử.
6.2.2. Thiết bị này có khả năng thực hiện hiệu chuẩn dạng chuẩn nội đa cấp và có thể tính hệ số tương quan (r2) và tính toán chất chuẩn nội cho từng bộ dữ liệu hiệu chuẩn.
7.1. Độ tinh khiết của các thuốc thử - Trong toàn bộ các phép thử đều sử dụng các hóa chất cấp thuốc thử. Nếu không có qui định khác thì tất cả các thuốc thử phải phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành. Có thể sử dụng các loại khác, với điều kiện đảm bảo rằng các thuốc thử này có độ tinh khiết cao phù hợp, khi sử dụng không làm giảm độ chính xác của phép thử.
7.2. n-heptan, cấp thuốc thử.
7.3. N-metyl-N-trimetylsilytrifluoceramide (MSTFA), cấp thuốc thử
7.4. Pyrindine, cấp thuốc thử.
7.5. Khí mang - Hydro hoặc heli có độ tinh khiết cao. Nên làm tinh khiết thêm bằng cách sử dụng rây phân tử hoặc các tác nhân phù hợp khác để loại nước, oxy và hydrocacbon. Áp suất phải đủ để đảm bảo tốc độ dòng khí mang ổn định.
7.6. Microxylanh - dung tích 100ml và 200ml.
7.7. Bình có nắp vặn, dung tích 10ml, có nắp ngăn bằng polytetrafluoroetylen (PTFE).
Lắp và luyện cột theo hướng dẫn của nhà chế tạo hoặc cung cấp thiết bị. Sau khi luyện xong, gắn đầu ra của cột với đầu vào detector ion hóa ngọn lửa và kiểm tra sự rò rỉ trên toàn bộ thiết bị. Nếu phát hiện có rò rỉ thì phải siết chặt lại hoặc thay các phụ tùng, sau đó kiểm tra lại trước khi thực hiện tiếp.
9.1. Chuẩn bị các chất lập đường chuẩn - Chuẩn bị các chất chuẩn bằng cách sử dụng các hợp chất mới pha như trong Bảng 2, theo ASTM D 4307. Cân trực tiếp các thành phần trong các bình định mức qui định và ghi lại khối lượng chính xác đến 0,1mg. Dùng pyridine pha loãng đến vạch mức. Bảo quản trong tủ lạnh khi chưa dùng.
Bảng 2 - Dung dịch gốc
|
Thành phần |
Số CAS |
Khối lượng gần đúng, mg |
Bình định mức, ml |
|
Glycerin |
56-81-5 |
25 |
50 |
|
1-Mono [cis-9-octadecenoyl]-racglycerol (monoolein) |
111-03-5 |
50 |
10 |
|
1,3-Di [cis-octadecenoyl]glycerol (diolein) |
2465-32-9 |
50 |
10 |
|
1,2,3-Tri [cis-octadecenoyl]glycerol (triolein) |
122-32-7 |
50 |
10 |
|
(S)-(-)-1,2,4-Butanetriol- (Chuẩn nội 1) |
42890-76-6 |
25 |
25 |
|
1,2,3-Tridecanolylgycerol (tricaprin) - (Chuẩn nội 2) |
621-71-6 |
80 |
10 |
9.2. Dung dịch chuẩn - Chuẩn bị năm dung dịch chuẩn như trong bảng 3, dùng microxylanh chuyển một thể tích qui định vào các bình 10ml có nắp ngăn. Lần lượt cho 100ml MSTFA vào năm dung dịch chuẩn. Đóng nắp bình và lắc. Để bình tại nhiệt độ phòng từ 15min đến 20min. Cho khoảng 8ml n-heptan vào bình và lắc đều.
9.3. Phân tích sắc ký - Nếu dùng dụng cụ lấy mẫu tự động thì chuyển từng lượng dung dịch vào bình GC thủy tinh và đậy bằng nắp phủ lớp TFE-fluorocacbon.
9.4. Chuẩn hóa - Phân tích các chất chuẩn dưới các điều kiện vận hành như đối với dung dịch mẫu thử. Bơm 1ml hỗn hợp phản ứng vào cổng bơm cột làm lạnh và bắt đầu phân tích. Thu được sắc ký đồ và báo cáo tích phân của pic. Đối với từng chất chuẩn, xác định tỷ lệ tín hiệu (rspi) và tỷ lệ về lượng (amti) cho từng thành phần theo các công thức 1 và 2:
rspi = (Ai/As) (1)
trong đó
Ai là diện tích của chất chuẩn, và
As là diện tích chất chuẩn nội.
amti = (Wi/Ws) (2)
trong đó
Wi là khối lượng chất chuẩn, và
Ws là khối lượng của chất chuẩn nội.
9.4.1. Xây dựng đường chuẩn cho từng thành phần của mỗi chất chuẩn bằng cách đánh dấu theo trục y các tỷ lệ tín hiệu (rspi), các tỷ lệ về lượng (amti) theo trục x.
9.5. Sử dụng công thức 3 để tính giá trị của hệ số tương quan r2 đối với từng thành phần của chất chuẩn. Giá trị r2 phải ít nhất bằng 0,99 hoặc lớn hơn. Nếu giới hạn trên của r2 không đạt được thì phải chạy lại hoặc kiểm tra các thông số của thiết bị và phần cứng của máy.
(3)
trong đó
x = Xi - (4)
y = Yi - (5)
và:
Xi điểm thể hiện tỷ lệ amti ;
các giá trị trung bình đối với tất cả các điểm (amti);
Yi điểm thể hiện tỷ lệ tương ứng rspi, và
các giá trị trung bình của tất cả các điểm (rspi).
9.6. Các hàm số đường chuẩn - Tính các hàm số cho từng đường chuẩn so sánh theo công thức sau:
Wx/Wis = ax x (Ax/Ais) + bx (6)
trong đó
Wx khối lượng chất chuẩn, tính bằng miligam;
Wis khối lượng chất chuẩn nội, tính bằng miligam;
Ax diện tích pic của chất chuẩn;
Ais diện tích pic của chất chuẩn nội;
ax độ dốc của hàm hiệu chuẩn;
bx phần cắt của hàm hiệu chuẩn.
Bảng 3 - Dung dịch chuẩn
|
Số dung dịch chuẩn |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ml của dung dịch gốc glycerin |
10 |
30 |
50 |
70 |
100 |
|
ml của dung dịch gốc monoolein |
20 |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
ml của dung dịch gốc diolein |
10 |
20 |
40 |
70 |
100 |
|
ml của dung dịch gốc triolein |
10 |
20 |
40 |
70 |
100 |
|
ml của dung dịch gốc butanetriol |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
ml của dung dịch gốc tricaprin |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
10.1. Vận hành thiết bị theo các giá trị nêu tại Bảng 1. Cân trực tiếp khoảng 100mg mẫu chính xác đến 0,1mg vào bình 10ml có nắp ngăn. Dùng micro xylanh cho chính xác 100ml của từng chất chuẩn nội và MSTFA. Lắc bình và để bình tại nhiệt độ phòng từ 15min đến 20min. Cho khoảng 8ml n-heptan vào bình và lắc đều.
10.2. Bơm 1ml hỗn hợp phản ứng vào cổng bơm cột làm lạnh và bắt đầu phân tích. Thu được sắc ký đồ và báo cáo tích phân của pic.
10.3. Nhận dạng pic - Nhận dạng các pic bằng cách so sánh thời gian lưu với các chất chuẩn. Để nhận dạng các pic bổ sung, sử dụng thời gian lưu tương đối trong Bảng 4 và sắc ký đồ so sánh trên Hình 1. Các mono-, di-, và triglyceride được tách theo số cacbon (CN).
Bảng 4 - Thời gian lưu tương đối
|
Thành phần |
Dùng chất chuẩn nội |
Thời gian lưu tương đối |
|
Glycerin 1,2,4 Butanetriol Chất chuẩn nội 1 Monopaimitin Monoolein, Monolinolein Monolinolenin, và monostearin Tricaprin Chất chuẩn nội 2 Diglyceride Triglyceride |
1
2 2
2 2 |
0,85 1,00
0,76 0,83-0,86
1,00
1,05 đến 1,09 1,16 đến 1,31 |
Hình 1 - Sắc ký đồ để so sánh
10.4. Monoglyceride gồm bốn pic chồng lấn nhau với thời gian lưu tương đối (RRT) bằng 0,76 và 0,83 đến 0,86 đối với chất chuẩn nội tricaprin. Este metyl có số cacbon bằng 24 có thể xuất hiện một cặp pic với RRT bằng 0,80 đến 0,82 và không nằm trong kết quả tính toán cho monoglyceride.
10.5. Diglyceride cũng có thể tách theo số cacbon, nhưng do các liên kết đôi khác nhau trong các phân tử, nên sự phân giải đường nền của các pic không xuất hiện. Một nhóm từ 3 đến 4 pic với RRT bằng 1,05 đến 1,09 (CN 34, 36 và 38) được qui cho diglyceride. Số cacbon cũng tách các diglyceride. Các pic có RRT bằng 1,16 đến 1,31 (CN 52, 54, 56 và 58) sẽ bao gồm trong tính toán.
11. Tính toán và báo cáo kết quả
11.1. Sau khi nhận dạng các pic, đo điện tích pic của mono-, di-, và triglyceride. Sử dụng độ dốc và phần chắn -y của hàm số hiệu chuẩn, tính khối lượng từng chất như sau:
11.1.1. Glycerin
G = (ag x Ag /Ais1 + bg ) x Wis1 x 100/W (7)
trong đó
G phần trăm khối lượng của glycerin trong mẫu;
Ag diện tích pic của glycerin;
Ais1 diện tích pic của chất chuẩn nội 1;
Wis1 khối lượng của chất chuẩn nội 1, tính bằng miligam;
W khối lượng mẫu, tính bằng miligam;
ag độ dốc của hàm hiệu chuẩn;
bg phần chắn của hàm hiệu chuẩn.
11.1.2. Các glycerise riêng lẻ
Gli = (aol x Agli /Ais2 + bol) x Wis2 x 100 / W (8)
trong đó
Gli phần trăm khối lượng của từng glyceride trong mẫu;
Agli diện tích pic của từng glyceride;
Ais2 diện tích pic của chất chuẩn nội 2;
Wis2 khối lượng của chất chuẩn nội 2, tính bằng miligam;
W khối lượng mẫu, tính bằng miligam;
aol độ dốc của hàm hiệu chuẩn đối với mono-, di-, và triolein;
bol phần chắn của hàm hiệu chuẩn đối với mono-, di-, và triolein.
11.1.3. Tính glycerin tổng
Glycerin tổng = glycerin tự do + glycerin liên kết (9)
trong đó
glycerin tự do = glycerin xác định theo công thức 7.
glycerin liên kết = S(GlM, GlD, GlT)
trong đó
GlM = 0,2591 x S monoglyceride, % khối lượng, xác định theo công thức 8;
GlD = 0,1488 x S diglycerde, % khối lượng, xác định theo công thức 8;
GlT = 0,1044 x S triglyceride, % khối lượng, xác định theo công thức 8;
11.2. Báo cáo kết quả của glycerin tự do và glycerin tổng chính xác đến 0,001% khối lượng.
12.1. Độ chụm - Độ chụm được xác định theo phương pháp kiểm tra thống kê các kết quả thử nghiệm liên phòng năm 2006, như sau:
12.1.1. Độ lặp lại - Chênh lệch giữa hai kết quả thử liên tiếp nhận được do cùng một thí nghiệm viên tiến hành trên cùng một thiết bị, dưới các điều kiện thử không đổi, trên cùng một mẫu thử, trong một thời gian dài với thao tác bình thường và chính xác của phương pháp thử này, chỉ một trong 20 trường hợp được vượt các giá trị sau:
12.1.1.1. Độ lặp lại của glycerin tổng:
r = 5,405 E-02 x (X + 0,5164) (10)
trong đó
X là kết quả tính được theo % khối lượng;
r là độ lặp lại.
12.1.1.2. Độ lặp lại của glycerin tự do:
r = 2,339 E-02 x (X + 1,000 E-04)0,4888 (11)
trong đó
X là kết quả tính được theo % khối lượng;
r là độ lặp lại.
12.1.2. Độ tái lập - Chênh lệch giữa hai kết quả thử độc lập, nhận được do hai thí nghiệm viên khác nhau làm việc trong hai phòng thử nghiệm khác nhau, trên cùng một mẫu thử, trong một thời gian dài với thao tác bình thường và chính xác của phương pháp thử này, chỉ một trong 20 trường hợp được vượt các giá trị sau:
12.1.2.1. Độ tái lập của glycerin tổng:
r = 0,4928 x (X +2,510 E-02) (12)
trong đó
X là kết quả tính được theo % khối lượng;
R là độ tái lập.
CHÚ THÍCH 1: Độ chụm của toàn bộ các số liệu (với sự chuyển đổi không thông dụng) báo trước cho thấy rằng độ chụm này chỉ áp dụng cho các giá trị trên 0,13. Các mẫu khác là dưới giới hạn định lượng. Đối với các giá trị dưới giới hạn định lượng, không đánh giá được độ chụm.
12.1.2.2. Độ tái lập của glycerin tự do:
R = 0,1082 x (X + 1,000 E-04)0,4888 (13)
trong đó
X là kết quả tính được theo % khối lượng;
R là độ tái lập.
12.2. Độ chệch - Do không có chất chuẩn phù hợp được chấp nhận để xác định độ chệch cho phương pháp này, vì vậy không qui định về độ chệch.