非分散紅外法測(cè)定增壓輸送管路表面殘留油脂含量

武英英 許恒庭 陳 莉 吳 宏 劉維麗

非分散紅外法測(cè)定增壓輸送管路表面殘留油脂含量

武英英 許恒庭 陳 莉 吳 宏 劉維麗

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

建立了以非分散紅外法測(cè)定水中油類物質(zhì)方法為依據(jù)，結(jié)合增壓輸送管路實(shí)際特征，測(cè)定增壓輸送管路表面殘留油脂含量的方法，并研究了其可行性。用脫脂棉球蘸取萃取劑六氯四氟丁烷擦拭增壓輸送管路表面，擠出樣液至容量瓶中，后定容至50ml，以濃度為200mg/L的B重油標(biāo)液做量程校準(zhǔn)溶液，六氯四氟丁烷萃取劑做零點(diǎn)校準(zhǔn)溶液，測(cè)試樣品，根據(jù)測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)產(chǎn)品表面清潔度，并在測(cè)試后用氧化鋁、活性炭回收萃取劑，減少對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)。測(cè)得該方法檢出限為0.04mg/L，測(cè)得空白加標(biāo)回收率為85.6%～95.8%，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本方法的可行性。

紅外法；增壓輸送管路；殘留油脂；可行性

1 引言

航天產(chǎn)品發(fā)動(dòng)機(jī)增壓輸送系統(tǒng)管路（包括液氧輸送管、增壓管、排氣管等）作為液氧燃料輸送系統(tǒng)，工作時(shí)與氧充分接觸，而增壓輸送管路制造工藝中涉及多道工序，加工及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中可能引入油類物質(zhì)，隨著型號(hào)產(chǎn)品對(duì)表面多余物的控制要求日趨嚴(yán)格，對(duì)該類管路表面提出除油脫脂要求，除油脫脂后實(shí)驗(yàn)室含油量檢測(cè)將作為增壓輸送系統(tǒng)除油脫脂效果日常監(jiān)測(cè)的必要手段。

非分散紅外分光光度法，穩(wěn)定性好，靈敏度較高，測(cè)定結(jié)果受標(biāo)準(zhǔn)油品及樣品中油品影響小，根據(jù)油類由烴類組成的原理，油分中的（-CH2-）、（CH3-）等在波長(zhǎng)3100～2800cm-1附近會(huì)因烴類特有的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生吸收峰，通過計(jì)算上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外線吸收情況可得到油分濃度[1～3]。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

2.1 主要儀器和試劑

HORIBA OCMA-550油分濃度分析儀；石英比色皿（20mm）；六氯四氟丁烷（S-316），HORIBA公司自制，萃取劑；B重油量程校準(zhǔn)標(biāo)液：200mg/L，取50.0mg的B重油于250mL容量瓶中，用S-316定容至250mL并搖勻，使用時(shí)稀釋到所需濃度即可；玻璃漏斗、100mL燒杯、50ml磨口瓶、250ml容量瓶、滴管、微升注射器、脫脂紗布。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 取樣

以氧導(dǎo)管為例，在通風(fēng)環(huán)境下操作人員在脫脂處理后的管路內(nèi)表面上取樣，每部分至少取三處，將50ml萃取劑S-316倒入燒杯中備用，用脫脂紗布浸泡萃取劑S-316后擦拭氧導(dǎo)管內(nèi)表面，同一部位反復(fù)擦拭多次，用定量濾紙（攔截顆粒8mm），將擠出的萃取液用玻璃漏斗過濾到50ml的容量瓶中，最后在以少量的萃取劑清洗脫脂紗布，最后定容至50ml，隨后將樣品轉(zhuǎn)移至磨口瓶待測(cè)[4]。

2.2.2 校準(zhǔn)溶液配制

建議帶測(cè)量的油型作為校準(zhǔn)油，管路加工過程涉及機(jī)加工、焊接、鈑金和表面處理等過程，不確定表面殘余油脂類型，所以選擇具有代表性的石油類標(biāo)準(zhǔn)油品B重油作為校準(zhǔn)油。

油標(biāo)制作，通常按照試樣測(cè)定值的2倍濃度制備標(biāo)液，增壓輸送管路設(shè)計(jì)要求含油量≤125mg/mm2，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求選擇配制標(biāo)液濃度200mg/L，幾種常見的量程標(biāo)液配比見表1。

表1 不同濃度的量程標(biāo)液配比

2.2.3 測(cè)試過程

為減少儀器穩(wěn)定性對(duì)基線漂移的影響，開機(jī)后至少暖機(jī)30min，使用萃取劑S-316作為零點(diǎn)標(biāo)液測(cè)空白樣，預(yù)先用萃取劑振蕩洗滌玻璃器具而后比色皿并干燥，用萃取劑清洗濾紙脫除有機(jī)物并干燥。取6.5ml萃取劑S-316注入比色皿中，如有氣泡輕搖除去即可，零點(diǎn)校準(zhǔn)。

取6.5ml量程標(biāo)液加入比色皿，選擇量程校準(zhǔn)，直至機(jī)器頁(yè)面穩(wěn)定顯示200mg/L，表示量程校準(zhǔn)完成。加入6.5ml待測(cè)樣品至比色皿，選擇穩(wěn)定測(cè)量，至結(jié)果輸出完成測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 測(cè)試方法改進(jìn)

水質(zhì)中油類物質(zhì)測(cè)定方法[5，6]，即樣品為水樣，萃取后測(cè)定，而增壓輸送管路為大型零組件，浸泡不可行，改用直接在管路表面用萃取劑擦拭取樣，繼而測(cè)定表面殘余油。

另外，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定萃取劑為使用四氯化碳，對(duì)環(huán)境及操作工人危害較大，本實(shí)驗(yàn)中選擇環(huán)保型萃取劑S-316，其在3.4μm至3.5μm附近吸收較少，因此可通過檢測(cè)該段波長(zhǎng)范圍的紅外線吸收，準(zhǔn)確地檢測(cè)到經(jīng)過萃取的油分濃度，關(guān)于S-316的紅外吸收譜見圖1[7]。

圖1 S-316萃取劑的紅外吸收譜

3.2 方法檢出限的測(cè)定

配置7組濃度為0.5mg/L的低濃度標(biāo)準(zhǔn)油液進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見表2。根據(jù)方法檢出限計(jì)算依據(jù)=3.14Sb，算得方法檢出限估計(jì)值為0.04mg/L，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HJ 637—2012所規(guī)定的油類物質(zhì)檢出限不大于0.04mg/L 的要求，該檢測(cè)過程符合實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制要求。方法檢出限測(cè)定的意義在于能夠精準(zhǔn)判斷樣品中是否存在濃度高于空白的待測(cè)物質(zhì)。

表2 方法檢出限測(cè)定 mg/L

3.3 空白加標(biāo)回收率測(cè)定

表3 B重油加標(biāo)回收率測(cè)定（50mg/L重油標(biāo)品）

分別配置50mg/L和100mg/L重油標(biāo)品進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定，結(jié)果見表3、表4。

表4 B重油加標(biāo)回收率測(cè)定（100mg/L重油標(biāo)品）

50mg/L的標(biāo)品空白加標(biāo)回收率在85.6%～95.8%之間，100mg/L的空白標(biāo)品加標(biāo)回收率在87.9%～95.1%之間；根據(jù)HJ 637—2012中規(guī)定符合目前實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量保證和質(zhì)量控制所規(guī)定的空白加標(biāo)回收率為78%～103%，在實(shí)際測(cè)試過程中，若空白加標(biāo)回收率均能控制在85.6%～95.1%之間，則可以保證樣品處于受控狀態(tài)，加標(biāo)回收率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。使用空白測(cè)定是為了控制樣品分析中所使用的玻璃器皿及化學(xué)試劑對(duì)樣品測(cè)定的干擾。

3.4 樣品分析

氧導(dǎo)管取樣位置應(yīng)均勻分布并具有代表性，重點(diǎn)對(duì)不易清洗的部位取樣。取樣數(shù)量原則上按照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及體積而定，氧導(dǎo)管為管型規(guī)則樣，可在管上中下各選取3個(gè)取樣點(diǎn)，取樣面積不小于100mm2。由于設(shè)計(jì)文件要求單位與儀器輸出單位不一致，用取樣量和取樣面積進(jìn)行換算，取樣面積均為220mm×60mm，取樣量為25mL，測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 氧導(dǎo)管脫脂樣品有效分析結(jié)果

測(cè)試結(jié)果顯示均遠(yuǎn)小于產(chǎn)品要求值125mg/m2，考慮降低量程校準(zhǔn)溶液濃度，提高測(cè)試準(zhǔn)確性，在測(cè)試過程中出現(xiàn)超標(biāo)情況，經(jīng)分析為脫脂劑殘留，脫脂劑中含有丙酮，紅外吸收峰與油脂及萃取劑重合導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果超標(biāo)，脫脂后吹掃晾干后測(cè)試數(shù)據(jù)顯示正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

a. 方法檢出限和重油加標(biāo)回收率測(cè)定作為非分散紅外法油類監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制手段，如滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，證明此方法可行。

b. 標(biāo)準(zhǔn)方法中選擇四氯化碳為常用萃取劑，但在實(shí)際使用過程中增壓輸送管路規(guī)格較大，用量較多，由于四氯化碳毒性及破壞臭氧層的缺點(diǎn)，要求替代產(chǎn)品的呼聲很高。S-316的特點(diǎn)為毒性小，萃取率高，蒸汽壓低，不易揮發(fā)，不足之處為價(jià)格較為昂貴，取樣過程萃取劑消耗量較大，為降低成本及保護(hù)環(huán)境，可使用回收裝置，用活性炭和氧化鋁層作為吸收劑進(jìn)行廢液高效回收再利用，可大大節(jié)約成本。但注意萃取劑回收率，使用回收后的萃取劑零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程校準(zhǔn)時(shí)需排除回收后的萃取劑中殘余油對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾。

c. 零件脫脂后注意保存，不要用含油的介質(zhì)進(jìn)行壓力試驗(yàn)和吹掃。脫脂劑殘留對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響很大，如有殘留，檢測(cè)時(shí)會(huì)導(dǎo)致儀器超標(biāo)出現(xiàn)報(bào)警，注意完全吹掃干凈后再進(jìn)行取樣。

d. 用紅外法測(cè)定增壓輸送管路表面殘余油方法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，回收廢棄的樣液保護(hù)環(huán)境。文中由于產(chǎn)品特殊性選擇直接在產(chǎn)品內(nèi)外表面擦拭取樣而不是水中萃取。

e. 如果已知待測(cè)樣的油分類型，可選擇使用該已知油作為標(biāo)油，測(cè)量準(zhǔn)確性更高。通常按照試樣測(cè)定值的2倍濃度制備標(biāo)液，在實(shí)際操作過程中可根據(jù)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)積累情況，重新選擇適宜量程標(biāo)液，提高測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1 張鳳磊，孫煒，丁曉峰. 非色散紅外法在地表水油類測(cè)定中的應(yīng)用[J]. 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2004，5(40)：262

2 王毅，何玲. 水中油檢測(cè)方法分析及應(yīng)用研究[J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合院報(bào)，2012，5(14)：52

3 何晨，劉學(xué)蕊，馬少華，等. 非分散紅外法測(cè)定廢水中石油類物質(zhì)的影響因素探討[J]. 化學(xué)工程師，2012，200(5)：32～33

4 JB/T 6896—2007空氣分離設(shè)備表面清潔度[S]

5 HJ 637—2012 水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法[S]

6 金紅紅，朱日龍，田耘. 紅外法測(cè)定水質(zhì)中油的影響因素分析及方法改進(jìn)[J]. 黑龍江環(huán)境通報(bào)，2015，39(2)：11～14

7 謝爭(zhēng)，徐飛，趙春. S-316提取劑測(cè)定水中石油類[J]. 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2002，14(5)：24～25

Determination of Residual Oil Content on Pressurized Supercharged Pipeline Surface by Non-dispersive Infrared Method

Wu Yingying Xu Hengting Chen Li Wu Hong Liu Weili

(Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600)

Based on the non-dispersive infrared method for the determination of oil in water and the actual characteristics of the pressurized pipeline, a method for the determination of residual oil content on the surface of the pressurized pipeline is established and its feasibility is studied. Use absorbent cotton ball dipped in the extracting agent S-316 to wipe the surface of pressurized conveying pipeline, extrude the sample solution into a volumetric bottle, and then constant volume to 50ml, the sample was tested of using B heavy oil standard liquid with a concentration of 200mg/L as the span calibration solution, while using the S-316 extraction agent as the zero-point calibration solution. The surface cleanliness of the product was evaluated according to the test results, and the extraction agent was recovered with alumina and activated carbon after the test to reduce the environmental burden. The detection limit of this method was 0.04mg/L, and the recovery rate of the blank addition was 85.6%～95.8%. The test results verified the feasibility of this method.

infrared method；pressure line；residual oil；feasibility

武英英（1986），工程師，礦物加工工程專業(yè)；研究方向：非金屬性能測(cè)試技術(shù)。

2020-01-15