Патент на изобретение №2397493
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КОМПОЗИЦИЯ СТАНДАРТНОГО ОБРАЗЦА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ
(57) Реферат:
Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано контрольно-аналитическими и метрологическими службами предприятий химической и других отраслей промышленности в качестве средства метрологического обеспечения проведения оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений. Композиция стандартного образца содержит апротонный органический растворитель, нефтепродукт и стабилизатор, причем в качестве апротонного органического растворителя композиция содержит тетрахлорэтилен, предварительно очищенный от примесей, в качестве нефтепродукта – нефтепродукт с температурой кипения выше 70°С, а в качестве стабилизатора – гидроксилсодержащее органическое соединение в количестве не менее 0,025 г/дм3. Использование стандартного образца позволит проводить проверку правильности методик выполнения измерений содержания нефтепродуктов в водных средах методом ИК-спектрометрии, основанных на применении в качестве растворителя-экстрагента тетрахлорэтилена, а также калибровку и поверку непосредственно средств измерений при повышении надежности результатов измерений. 18 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к вопросам проведения оперативного и статистического контроля погрешности результатов измерений, и может быть использовано контрольно-аналитическими и метрологическими службами предприятий химической и других отраслей промышленности. Содержание нефтепродуктов является одним из основных нормируемых показателей, характеризующих качество объектов окружающей среды, включая воду, воздух и почву. Для их определения в воде в аналитической практике преимущественно используют ИК-спектрометрические методики, включающие стадию экстракционного выделения нефтепродуктов в соответствующий органический растворитель с последующей регистрацией поглощения излучения в области спектра 2700-3200 см-1, обусловленного валентными колебаниями CH3 и CH2 групп алифатических и алициклических соединений и боковых цепей ароматических углеводородов, а также связей СН ароматических соединений [ФР.1.31.2007.03234. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в питьевых, природных и сточных водах ИК-спектрометрическим методом с использованием концентратометра «ИКН-025»; ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в питьевых, природных и очищенных сточных водах методом ИК-спектрофотометрии на концентратомере КН-2м]. Согласно указанным методикам для получения достоверных результатов определения содержания нефтепродуктов в исследуемых средах методом ИК-спектрометрии необходимо проведение контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов и калибровки ИК-анализаторов с применением стандартных образцов, изготовленных на основе растворителей-экстрагентов, используемых при определении содержания нефтепродуктов в исследуемых средах. До последнего времени для определения нефтепродуктов в исследуемых средах в качестве растворителя-экстрагента в Российской Федерации использовали преимущественно четыреххлористый углерод. Известны стандартные образцы, в которых в качестве матрицы используют четыреххлористый углерод, а в качестве нефтепродуктов – трехкомпонентные смеси углеводородов, таких как бензол, изооктан и гексадекан [Ю.С.Другов и А.А.Родин. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. М: БИНОМ, 2007. 270 с.]. Недостатком этих стандартных образцов является использование четыреххлористого углерода, разрушительно действующего на объекты окружающей среды, что привело к запрету использования его в странах Евросоюза. При этом было рекомендовано использовать в качестве растворителя-экстрагента тетрахлорэтилен [ASTM D 3921-96. Standard Test Method for Oil and Grease and Petroleum Hydrocarbons in Water, ASTM International, 2003]. В аналитической практике Российской федерации также наблюдается тенденция отказа от четыреххлористого углерода. Известны стандартные образцы содержания нефтепродуктов для проведения количественного определения нефтепродуктов в воде, для приготовления которых используют в качестве нефтепродукта смесь нелетучих углеводородов с упругостью паров при 20°C от 10-4 до 10-8 мм рт.ст., введенных в очищенную от нефтепродуктов воду [патент РФ Эта проблема решена при использовании стандартных образцов для контроля измерений содержания нефтепродуктов в воде, композиция которых содержит водорастворимую матрицу, сформованную в виде таблеток и представляющую собой неорганическую соль, на которую нанесен нефтепродукт – машинное масло. В качестве растворителя, используемого для нанесения нефтепродукта на матрицу, применяют гексан [патент РФ Недостатком этих стандартных образцов является то, что они предназначены исключительно для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах, то есть проверки правильности методик выполнения измерений, и не могут быть использованы для калибровки и поверки непосредственно средств измерений ИК-анализаторов. Это обусловлено тем, что апротонные полярные гидрофильные растворители, используемые для приготовления известных стандартных образцов, поглощают в области спектра 2700-3200 см-1 и поэтому не могут быть использованы в качестве растворителей-экстрагентов поглощающих в рабочей области длин волн исследуемых нефтепродуктов. Несмотря на то, что в странах Евросоюза для определения содержания нефтепродуктов в воде запрещено использовать четыреххлористый углерод и рекомендовано использовать в качестве растворителя-экстрагента тетрахлорэтилен, до настоящего времени не разработаны стандартные образцы, в которых в качестве матрицы используют тетрахлорэтилен. Это обусловлено нестабильностью тетрахлорэтилена при хранении его в нормальных климатических условиях, что приводит к изменению концентрации нефтепродуктов в стандартных образцах, приготовленных путем растворения нефтепродуктов в тетрахлорэтилене. Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание композиции стандартных образцов для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водной среде методом ИК-спектрометрии, использующих в качестве матрицы тетрахлорэтилен. Второй задачей является создание стабильных при хранении стандартных образцов на основе тетрахлорэтилена, позволяющих воспроизводить аттестованное значение – массовую концентрацию нефтепродуктов. Основная задача решена тем, что разработана композиция стандартного образца для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водной среде методом ИК-спектрометрии, в которой в качестве матрицы используют тетрахлорэтилен, предварительно очищенный от примесей, дающих сигнал поглощения излучения ИК-спектра в области 2700-3200 см-1. В качестве нефтепродукта используют смесь углеводородов, а в частных случаях индивидуальный углеводород, например, керосин при попадании реактивного топлива в окружающую среду. При этом температура кипения нефтепродукта должна быть выше 70°С. В качестве нефтепродукта могут быть использованы как индивидуальный парафиновый или ароматический углеводород с температурой кипения выше 70°С, или искусственно созданные смеси этих углеводородов, так и наиболее часто используемые в различных областях промышленности светлые нефтепродукты, нефтяные, трансформаторные и индустриальные масла. Вторая задача – создание композиции стандартных образцов, стабильных при хранении, решена тем, что в композицию дополнительно добавляют стабилизатор-гидроксилсодержащее органическое соединение, преимущественно низкомолекулярный алифатический спирт или фенол в количестве не менее 0,025 г/дм. Использование вышеприведенных компонентов предлагаемой композиции стандартных образцов обусловлено тем, что они соответствуют функционально предъявляемым к ним требованиям. Использование в качестве матрицы тетрахлорэтилена обусловлено тем, что он с одной стороны является неполярным апротонным растворителем, который не поглощает в области спектра 2700-3200 см-1, а с другой стороны неограниченно растворяет исследуемые нефтепродукты. При этом используют предварительно очищенный от примесей коммерческий тетрахлорэтилен. Для очистки коммерческого тетрахлорэтилена используют метод ректификации, предполагающий перегонку тетрахлорэтилена с дефлегматором при температуре кипения тетрахлорэтилена 121°С (при н.у.). Использование в качестве нефтепродукта с температурой кипения выше 70°С смеси углеводородов или индивидуального углеводорода обусловлено формированием используемым нефтепродуктом аналитического сигнала в области ИК-спектра 2700-3200 см-1, который обеспечивает нормируемую единицу измерения – массовую концентрацию нефтепродуктов в тетрахлорэтиленовом экстракте. При пересчете массовой концентрации нефтепродуктов в тетрахлорэтиленовом экстракте (Хизм) по формуле
получают концентрацию нефтепродуктов в исследуемой водной среде (Xn), где Ve – объем экстракта, Vn – объем пробы воды, взятой для анализа. Величина площади характерного сигнала в области ИК-спектра 2700-3200 см-1 пропорциональна концентрации нефтепродуктов в экстракте и концентрации нефтепродуктов в исследуемой водной среде. Использование нефтепродукта с температурой кипения выше 70°С позволяет создать стабильную композицию стандартного образца, сохраняющую в течение длительного времени постоянный состав, в то время как использование легколетучих нефтепродуктов с более низкими температурами кипения, приводит к нестабильности аттестованной характеристики (массовой концентрации нефтепродуктов) стандартного образца. Содержание нефтепродукта в композиции стандартного образца – величина заданная и зависит от содержания нефтепродукта в исследуемой водной среде. Использование в качестве стабилизатора гидроксилсодержащего органического соединения обусловлено наличием гидроксилгруппы, предотвращающей инициирование реакции полимеризации тетрахлорэтилена и, следовательно, обеспечивающей стабилизацию очищенного тетрахлорэтилена. Использование в качестве стабилизатора гидроксилсодержащего органического соединения обусловлено также наличием С-Н связей его молекулы, усиливающих формирование «истинными» нефтепродуктами аналитического сигнала ИК-спектра в области 2700-3200 см-1. Содержание стабилизатора в композиции стандартного образца составляет не менее 0,025 г/дм3. При содержании стабилизатора в количестве менее 0,025 г/дм3 невозможно достигнуть необходимого эффекта – происходит постепенная полимеризация тетрахлорэтилена, что приводит к нестабильности состава композиции и искажению результатов анализа. Стандартные образцы готовят смешением и тщательным перемешиванием соответствующих количеств указанных выше компонентов, затем смесь переносят в стеклянные ампулы, которые запаивают в атмосфере аргона. Приготовление предлагаемой композиции стандартных образцов и возможность использования ее для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах иллюстрируются следующими примерами. Пример 1. В колбу для перегонки помещают 1 дм3 коммерческого препарата тетрахлорэтилена и перегоняют его с дефлегматором высотой 25 см при температуре кипения тетрахлорэтилена (121°С) и получают очищенный от примесей тетрахлорэтилен (~600 см3), который используют для дальнейшего приготовления стандартного образца. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 1,2375 г изооктана в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки. Полученную смесь тщательно перемешивают в колбе. При этом получают концентрацию нефтепродукта 2500 мг/дм. Пример 2. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 0,4875 г ундекана в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают концентрацию нефтепродукта 1000 мг/дм3. Пример 3. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г крезола и 0,2375 г бензола в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 4. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г этанола и 0,2375 г керосина в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 5. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г изопропанола и 0,2375 г дизельного топлива в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 6. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г изопропанола и 0,2375 г вазелинового масла в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 7. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 0,2375 г трансформаторного масла в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 8. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 0,2375 г индустриального масла в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Пример 9. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 0,05 г изооктана, 0,05 г бензола и 0,1375 г ундекана в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают раствор с концентрацией нефтепродуктов 500 мг/дм3. Стандартные растворы с концентрациями нефтепродуктов 2500, 1000, 500 мг/дм3 (примеры 1-9) разбавляют очищенным тетрахлорэтиленом до концентраций 25, 10 и 50 мг/дм3 соответственно. Затем разбавленные растворы анализируют методом стандартных добавок на ИК-анализаторе «ИКН-0,25», предназначенным для определения нефтепродукта в водных средах. В качестве стандартных добавок используют государственный стандартный образец содержания нефтепродуктов в четыреххлористом углероде. Из сопоставления данных содержания нефтепродуктов в стандартных образцах, представленных в табл.1, видно, что концентрации, рассчитанные по процедуре приготовления стандартных образцов, практически совпадают с экспериментально найденными концентрациями нефтепродуктов в предлагаемых стандартных образцах. Пример 10. Тетрахлорэтилен очищают, как в примере 1. На аналитических весах первого класса точности взвешивают 0,0125 г фенола и 0,0375 г декана в мерной колбе вместимостью 500 см3, после чего добавляют очищенный тетрахлорэтилен до метки и раствор в колбе тщательно перемешивают. При этом получают концентрацию нефтепродукта 100 мг/дм3. Приготовленный стандартный образец использовали для калибровки анализатора «ИКН-0,25» для определения содержания нефтепродукта в модельных растворах, полученных путем растворения различных типов нефтепродукта в дистиллированной воде. Полученные результаты представлены в табл.2.
Формула изобретения
1. Композиция стандартного образца для контроля измерений содержания нефтепродуктов в водных средах, содержащая в качестве матрицы апротонный органический растворитель и нефтепродукт, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стабилизатор, при этом в качестве апротонного органического растворителя композиция содержит предварительно очищенный тетрахлорэтилен, в качестве нефтепродукта – нефтепродукт с температурой кипения выше 70°С, а в качестве стабилизатора – гидроксилсодержащее органическое соединение в количестве не менее 0,025 г/дм3. 2. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют парафиновый углеводород. 3. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют ундекан. 4. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют изооктан. 5. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют ароматический углеводород. 6. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют бензол. 7. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют смесь изооктана, бензола и ундекана. 8. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют светлые нефтепродукты. 9. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют бензин. 10. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют дизельное топливо. 11. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют нефтяное масло. 12. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют трансформаторное масло. 13. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют индустриальное масло. 14. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве нефтепродукта используют вазелиновое масло. 15. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора используют алифатический спирт. 16. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора используют этанол. 17. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора используют изопропанол. 18. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора используют фенол. 19. Композиция стандартных образцов по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора используют крезол.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2026548]. Данные стандартные образцы предназначены исключительно для проверки правильности выполнения измерений нефтепродуктов в водных средах и не могут быть использованы для калибровки ИК-анализаторов.