红外光谱法测定柴油有机硅含量的方法研究
时间：2023-02-10 22:40:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
＊陈世泰
（广东省茂名市质量计量监督检测所 广东 525000）
随着经济社会的发展，国家步入高质量发展时期，改革进入深水区，国家各项事业不断发展前行。柴油在我国的发展中是一种同国计民生之间有着密切关系的工业产品，使用柴油的机械种类有很多，有挖掘机、铲车、重型卡车等柴油动力机械设备的工程施工企业、矿业公司等。柴油的质量好坏对机械的运行和维护具有重要作用，也对国家的健康绿色发展具有推动作用。本文对柴油有机硅含量的测定方法进行探讨，方便柴油有机硅含量的测定，这也可以避免人为地添加有机硅对车辆有害的物质，对今后柴油有机硅含量测定的方法研究具有重要的指导意义。
柴油中硅含量过高会对装置和设备造成严重影响，有机硅燃烧后会在喷嘴处生成白色的二氧化硅粉末，附着在喷嘴，在柴油中即使含有很少量，都会致使氧气传感器失效，也会在柴油发动机和催化转换器上产生大量沉积物，将会损坏发动机。柴油也是我们国家炼厂炼制的产品之一，在炼制的过程中有时会发生催化剂中毒或失效的现象，在装置中硅是造成石油炼制催化剂中毒或失效的主要原因。在石油加工炼制过程中，正常操作下炼制出的石油产品是不含有机硅化合物的，而在调和过程中使用的常规添加剂也不含硅，因此硅未列入国家标准。柴油中硅的来源可能是在调和油过程中加入电子清洗废液或者其他含硅较高的烃类组分。
硅含量的测定方法在国内外的研究较多，基本上都是运用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和X射线荧光光谱法测定硅含量，大部分都是先对油品进行预处理，然后用电感耦合等离子体发射光谱法测定，如，黄运宇等[1]用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）直接测定车用柴油中硅含量的探讨；
章然等[2]用高灵敏度X射线荧光光谱仪对汽油中硅含量的快速测定；
王杰明等[3]用ICP-OES直接测定焦化馏分油中的硅含量；
王南曦[4]用船用燃料油铝和硅含量两种常见化验方法的差异；
何京等[5]用ICP/AES法测定焦化馏分油中的硅含量；
以及国外的标准方法为ASTMD7111-2011[6]。基本上没有不用前处理直接测定硅含量的方法。国内外目前很少甚至还没有用红外光谱法测定柴油的有机硅含量。
本文用红外光谱法测定柴油中的有机硅含量，在设定好的测定条件下，直接对样品进行测定，不需要进行任何前处理过程，操作快速简便。以硅含量和其对应的吸收峰强度建立校正模型。通过实验结果表明，方法精密度和准确较高，检测校准曲线相关性良好，回收率符合标准的要求。
(1)仪器与试剂
傅叶变换红外光谱仪，iS10，美国赛默-飞世尔；
电子分析天平，BSA224S，德国赛多利斯；
硅有机标准物质；
空白柴油。
(2)标准溶液配置
配置不同质量分数的有机硅系列标准溶液，用塑料样品瓶称取相应质量的有机硅标准物质，加入空白的柴油准确称量，稀释至规定的质量分数，摇匀，静置。
(3)试样溶液制备
摇匀需测定的样品，放置规定的位置待测定。
(4)仪器条件
以空气为背景，扫描次数16次，分辨率4，最终格式“吸光度”，衰减全反射（ATR）附件，使用分析软件TQ Analyst进行光谱数据分析。
(1)有机硅标准物质特征峰识别
六甲基二硅氧烷标准物质的红外光谱图如图1所示，由图1中可以看出六甲基二硅氧烷的Si-CH3在1250cm-1的摇摆振动吸收峰；
Si-O-CH3在1179cm-1的不对称伸缩振动吸收峰；
Si-H在883cm-1的摇摆振动吸收峰。
图1 六甲基二硅氧烷标准物质的红外光谱图
六甲基三硅氧烷标准物质的红外光谱图如图2所示，由图2中可以看出六甲基三硅氧烷的Si-H在2125cm-1伸缩振动吸收峰；
Si-CH3在1257cm-1的摇摆振动吸收峰；
Si-O-CH3在1046cm-1的不对称伸缩振动吸收峰；
Si-O-CH3在819cm-1的对称伸缩振动吸收峰。
图2 六甲基三硅氧烷标准物质的红外光谱图
(2)校正模型的建立
以六甲基二硅氧烷和六甲基三硅氧烷标准物质为校准物质，以空白柴油为溶剂，配置不同质量分数的有机硅系列标准溶液工作曲线进行红外光谱检验分析。应用傅立叶变换红外光谱仪进行光谱数据的采集，利用配套的数据处理软件TQ Analyst对采集好的数据分析处理。
由图3和图4可以看出，以六甲基二硅氧烷和六甲基三硅氧烷标准物质为校准物质，其试验的校准曲线的相关系数都大于0.999，因此，用红外光谱法对柴油的硅氧烷进行定量分析是比较好的，符合国家标准的要求。
图3 六甲基二硅氧烷标准物质校准曲线
图4 六甲基三硅氧烷标准物质校准曲线
(3)精密度分析
用红外光谱法进行方法精密度的验证，对两个含有六甲基二硅氧烷的样品和两个含有六甲基三硅氧烷的样品进行检验，平行测定7次，试验结果见表1和表2。
表1 六甲基二硅氧烷精密度验证（单位：%）
表2 六甲基三硅氧烷精密度验证（单位：%）
由表1和表2的数据可以看出，红外光谱法测定柴油中有机硅含量的方法的相对标准偏差（RSD）即方法的精密度在3.0%～4.9%之间，表明该方法的精密度较好，可以进行检测试验。
(4)准确度分析
配制3个不同浓度的六甲基二硅氧烷标准物质溶液和3个不同浓度的六甲基二硅氧烷标准物质溶液进行准确度的分析，试验结果见表3和表4。
表3 六甲基二硅氧烷准确度验证（单位：%）
表4 六甲基三硅氧烷准确度验证（单位：%）
由表3和表4的数据可以看出，红外光谱法测定柴油中有机硅含量的方法的相对偏差在0.3%～2.8%之间，表明该方法的准确度较好，可以进行检测试验。
(5)加标回收试验
往3个空白样品加入不同量的六甲基二硅氧烷和3个空白样品加入不同量的六甲基三硅氧烷，进行加标回收试验，试验结果见表5和表6。
表5 六甲基二硅氧烷加标回收验证（单位：%）
表6 六甲基三硅氧烷加标回收验证（单位：%）
由表5和表6的数据可以看出，红外光谱法测定柴油中有机硅含量方法的加标回收率在98%～103%之间，表明该方法能达到回收率的要求，因此，可以进行检测试验。
根据红外光谱法的原理，建立了柴油有机硅含量的定量分析方法，该方法直接对样品进行测定，不需要进行任何前处理过程，操作快速简便，方便检验人员操作，减少不同的检验人员因前处理过程操作误差对方法的干扰，从而降低实验的测定结果误差，方法的校准曲线的相关系数能达到0.999以上，精密度在3.0%～4.9%之间，准确度在0.3%～2.8%之间，回收率在98%～103%之间，方法精密度和准确度较高，检测校准曲线相关性良好，回收率符合标准的要求。
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