Cũng nhƣ các phƣơng pháp phân tích khác, phƣơng pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ƣu điểm và nhƣợc diểm nhất định các ƣu điểm và nhƣợc điểm đó là:
1.8.6.1 Ƣu diểm :
- Phép đo độ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao. Gần 60 nguyên tố hóa học có thể xác định bằng phƣơng pháp này với độ nhạy 1.10-4 đến1.10-5. Chính vì có độ nhạy cao nên phƣơng pháp phân tích này đã đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực để xác định các vết kim loại.
- Đồng thời cũng do độ nhạy cao nên trong nhiều trƣờng hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trƣớc khi phân tích. Do đó ít tốn nhiên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao khi làm giàu mẫu. Mặt khác cũng tránh đƣợc nhiểm bẩn khí xử lí qua các giai đoạn phức tạp.
- Một ƣu điểm nữa là trong phƣơng pháp này các động tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả phân tích có thể ghi trên bằng giấy hoặc giản đồ để lƣu lại sau này. Cùng với các trang thiết bị hiện nay ngƣời ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trên một mẫu , Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ. Hơn nữa, bằng sự ghép nối với máy
b C K A . C K A . (1.2) (1.3)
48
tính cá nhân và các phần mềm thích hợp cho quá trình đo nên xử lí kết quả nhanh và dễ dàng, lƣu lại đƣờng chuẩn cho các lần sau.
1.8.6.2 Nhƣợc điểm:
- Bên cạnh những ƣu điểm phép đo phổ hấp thụ cũng có một số hạn chế và nhƣợc điểm nhất định. Điều hạn chế đầu tiên là khi thực hiện phép đo này phải cần một hệ thống máy AAS tƣơng đối đắt tiền điều đó gây khó khăn cho các cơ sở nhỏ trong việc trang bị máy móc và thiết bị.
- Mặt khác, cũng chính phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả của hàm lƣợng vết. Vì thế môi trƣờng không khí phải sạch bụi, dụng cụ và hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao. Mặc khác, do thiết bị khá tinh vi phức tạp nên cần có đội ngũ cán bộ có trình độ chuyên môn cao để bảo dƣỡng và chăm sóc.
- Nhƣợc điểm chính của phƣơng pháp này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố trong mẫu.
49
CHƢƠNG 2
THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
50
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.9 Địa điểm, thời gian và phƣơng tiện thực hiện
1.9.1 Địa điểm thực hiện
- Phòng Hóa dầu, Trung Tâm Kỹ Thuật Và Ứng Dụng Công Nghệ Cần Thơ. Số 45, Đƣờng 3/2, Quận Ninh kiều, TP Cần thơ.
1.9.2 Thời gian thực hiện
- Từ 2/1/2012-22/4/2012
1.9.3 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
1.9.3.1 Thiết bị và dụng cụ
Bảng 2.1: Thiết bị và nƣớc sản xuất
STT Tên thiết bị Quốc gia
1 Tủ lƣu mẫu xăng - Sanaky Nhật
2 Máy AAS - GBC Úc
3 Máy đo trị số Octan-Waukesha F1, F2 Mỹ 4 Thiết bị pha chuẩn - Waukesha Mỹ 5 Đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ, độ ẩm - control Mỹ 1.9.3.2 Hóa chất
Bảng 2.2: Hóa chất và nƣớc sản xuất
STT Tên hóa chất Quốc gia
1 Dung dịch Brom Trung quốc
2 Chất chuẩn cơ mangan - WHG Mỹ. 3 Metyl isobutyl keton - Prolabo Pháp
4 Aliquat 336 – Mereu Ý
5 Chì clorua - accustandard Mỹ 6 Tetraetyl chì loãng - Waukesha Mỹ
7 Toluen- Waukesha Mỹ
8 Iso-octan - Waukesha Mỹ
9 n-heptan - Waukesha Mỹ
51
1.9.4 Đối tƣợng nghiên cứu
Thực hiện thí nghiệm xác định trị số octan và hàm lƣợng kim loại trong xăng thƣơng phẩm M92 và M95. Số mẫu thử nghiệm là 20 mẫu xăng thanh tra của Trung Tâm Kỹ Thuật Và Ứng Dụng Công Nghệ Cần Thơ, trong đó 10 mẫu xăng M92 và 10 mẫu xăng M95.
1.10 Nội dung nghiên cứu
Đề tài nhằm nghiên cứu thử nghiệm phƣơng pháp xác định trị số octan nghiên cứu và hàm lƣợng kim loại trên một số mẫu xăng thƣơng phẩm M92 và M95 thuộc địa bàn thành phố Cần thơ.
1.11 Hoạch định thí nghiệm
1.11.1Thử nghiệm phƣơng pháp xác định trị số octan
- Lấy mẫu.
- Pha nhiên liệu chuẩn đầu cho phép đo trị số octan.
- Chuẩn hóa máy đo trị octan.
- Tiến hành thí nghiệm xác định trị số octan nghiên cứu của xăng nhiên liệu.
1.11.2Xác định hàm lƣợng kim loại trong xăng
- Lấy mẫu cho thí nghiệm cho phân tích hàm lƣợng kim loại. - Khảo sát các thông số tối ƣu máy AAS.
- Tiến hành thí nghiệm xác định hàm lƣợng Pb trong xăng. - Tiến hành thí nghiệm xác định hàm lƣợng Mn trong xăng. - Tiến hành thí nghiệm xác định hàm lƣợng Fe trong xăng.
1.12 Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá
a) Trị số octan của xăng thƣơng phẩm đƣợc xác định theo TCVN 2703: 2007 (Xác định trị số octan nghiên cứu cho nhiên liệu động cơ đánh lửa) và việc đánh giá chất lƣợng theo QCVN 1: 2009/BKHCN (quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu Điezen và nhiên liệu sinh học).
b) Hàm lƣợng chì trong xăng đƣợc xác định theo TCVN 7143: 2010 (xăng – phƣơng pháp xác định chì bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử) và việc đánh giá chất lƣợng theo QCVN 1: 2009/BKHCN (quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu Điêzen và nhiên liệu sinh học).
52
c) Hàm lƣợng Mn, Fe trong xăng đƣợc xác định theo TCVN 7331: 2008 (xăng – phƣơng pháp xác định mangan bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử) và việc đánh giá chất lƣợng theo QCVN 1: 2009/BKHCN (quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu Điêzen và nhiên liệu sinh học).
1.13 Thực nghiệm
1.13.1Xác đinh trị số octan của xăng
1.13.1.1 Lấy mẫu và lƣu mẫu
Các mẫu trong bình sẽ đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ từ 2°C đến 10°C, trƣớc khi bình đƣợc mở. Bảo vệ mẫu không bị chiếu sáng bằng cách lấy và lƣu giữ các nhiên liệu mẫu trong bình chứa loại mờ đục, bình bằng kim loại hoặc bình nhựa trơ về mặt hóa học để giảm thiểu các tia UV chiếu vào mẫu từ các nguồn nhƣ ánh sáng mặt trời hoặc các đèn huỳnh quang.
1.13.1.2 Pha nhiên liệu chuẩn và nhiên liệu so sánh
Phƣơng pháp này đòi hỏi sự pha trộn lặp lại nhiều lần thể tích của nhiên liệu so sánh và các nhiên liệu toluen chuẩn (TSF) bên cạnh đó, việc pha chế phải thực hiện chính xác vì sai số trị số đo trị số octan tỷ lệ với sai số trong pha chế.
Việc pha nhiên liệu chuẩn đƣợc thực hiện bằng một thiết bị gồm 4 buret đã đƣợc hiệu chuẩn, mỗi buret có dung tích là 400 ml và đƣợc nối với mỗi thùng chứa mỗi loại chất chuẩn khác nhau, có 4 thùng chứa chất chuẩn bao gồm iso-octan 100, iso-octan 80, n- heptan và Toluen. Một bơm đƣợc sử dụng để đƣa chất chuẩn lên mỗi buret, các buret đƣợc hiệu chuẩn sẽ đƣợc lắp 1van phân phối và đầu rót để kiểm
53
soát chính xác lƣợng pha chế và tốc độ rót mẫu từ hệ thống phân phối không vƣợt quá 400 ml/phút.
Hình 2.2: thiết bị pha nhiên liệu chuẩn đầu và nhiên liệu so sánh a) Pha liên liệu chuẩn đầu
Nhiên liệu chuẩn đầu dung để thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn trong phép đo. Trong thí nghiệm này ta tiến hành xác định trị số octan của xăng M92 và M95. Do đó ta chọn hai hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu có RON đã hiệu chuẩn lần lƣợt là 92 và 95 để thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn trong phép đo. Thành phần % của các nhiên liệu đƣợc quy định trong phụ lục 1.
b) Pha nhiên liệu kiểm tra tính phù hợp sử dụng của động cơ
Động cơ đƣợc kiểm tra tính phù hợp sử dụng bằng nhiên liệu toluene chuẩn (TSF). Việc chọn nhiên liệu toluene chuẩn đầu đƣợc quy định trong bảng sau:
Bảng 2.3: Trị số octan của nhiên liệu chuẩn TSF, khoảng dung sai điều chỉnh và khoảng đo của trị số octan của nhiên liệu mẫu.
RON đã hiệu chuẩn của hỗn hợp TSF Khoảng dung sai không điều chỉnh Thành phần hỗn hợp TSF, % thể tích Khoảng đo RON của nhiên liệu mẫu Toluen iso-octan n-heptan
89,3 0,3 70 0 30 87,1-91,5
93,4 0,3 74 0 26 91,2-95,3
96,9 0,3 74 5 21 95,0-98,5
54
Tùy theo khoảng giá trị của trị số octan của mẫu xăng đem đo mà ta pha nhiên liệu toluene chuẩn cho thích hợp. Vì mẫu xăng ta phân tích có trị số octan nằm trong khoảng 91,2-95,3. Dựa vào bảng 2.2 nên ta tiến hành pha nhiên liệu chuẩn TSF có RON đã hiệu chuẩn là 93,4. Thành phần % các nhiên liệu trong hỗn hợp TSF đƣợc quy định trong phụ lục 2.
1.13.1.3 Các thông số vận hành chuẩn của máy
Khảo sát các thông số tối ƣu cho máy là một thao tác quan trọng trong phép đo trị số octan. Việc chọn đƣợc các thông số tối ƣu giúp cho động cơ vận hành thuận lợi và kết quả phân tích của có độ tin cậy cao hơn. Các thông số ảnh hƣởng nhiều đến quá trình vận hành của máy nhƣ: nhiệt độ dầu bôi trơn, nhiệt độ làm mát vỏ xilanh, nhiệt độ chất làm lạnh bể điều nhiệt, nhiệt độ không khí đầu vào.. ….
Qua tham khảo tài liệu và thực nghiệm chúng tôi đã chọn đƣợc các thông số tối ƣu cho máy nhƣ sau:
Bảng 2.4: Các thông số vận hành chuẩn của máy đo trị số octan Tốc độ động cơ 600 vòng/phút 6 vòng/phút
Độ hở của van nạp và van xả
Khi động cơ nguội và ở chế độ nghỉ Khi động cơ hoạt động
Van nạp: 0,004 in, van xả 0,0014 in Van nạp và van xả: 0,008 0,001 in Dầu bôi trơn động cơ 172 kPa đến 207 kPa (25 psi đến 30 psi)
57° 8°C (135°F15°F) Áp suất chân không trong hợp động
cơ
-100 in.H2O
Tác nhân làm mát vỏ xilanh 100°C 1,5°C (212°F3°F)
Mức đ là1 cm so với mức <Level hot> Chất làm lạnh bầu chứa nhiên liệu >0,6°C và 10°C
Nhiệt độ không khí đầu vào 52°C 1°C (125°F 2°F) ở 101,0 kPa (29,99 in. Hg).
Độ ẩm không khí nạp vào xilanh 0,00365 đến 0,00712 kg nƣớc/1 kg không khí khô.
Tỉ lệ nhiên liệu/không khí
Chiều cao của nhiên liệu trong kính ngắm
0,7- 1,7 in. (đạt cƣờng gõ tối đa và cực đại) Giới hạn đọc của đồng hồ đo độ gõ 20-80
Góc đánh lửa 13° trƣớc điểm chết trên Kim chỉ cƣờng độ gõ Chỉ về zero
55
1.13.1.4 Chuẩn hóa động cơ
Chuẩn hóa động cơ nhằm kiểm tra tính phù hợp sử dụng của động cơ, bằng cách đo trị số octan của hỗn hợp nhiên liệu toluen chuẩn bằng hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu (PRF) có trị số octan gần nhất với trị số octan của nhiên liệu chuẩn TSF đã chọn với các điều kiện sau: ít nhất một lần trong mỗi chu kỳ 12h thử nghiệm, sau khi động cơ dừng hơn 2h, sau khi thiết bị đƣợc vận hành ở điều kiện không có tiếng gõ hơn 2h hoặc sau khi áp suất khí quyển thay đổi hơn 0,68 kPa (0,2 in.Hg).
Có ba quy trình vận hành máy bao gồm: quy trình chặn trên dƣới mức nhiên liệu cân bằng, quy trình chặn trên dƣới mức nhiên liệu thay đổi và quy trình tỷ số nén. Trong đó, quy trình tỷ số nén thƣờng đƣợc sử dụng vì phép đo đƣợc thực hiện trong thời gian ngắn, đơn giản và kết quả cũng có độ chính xác cao. Ta áp dụng quy trình tỷ số nén để chuẩn hóa động cơ và tiến hành thí nghiệm xác định trị số octan của xăng thƣơng phẩm.
Tiến hành chuẩn hóa động cơ bằng cách dùng hỗn hợp nhiên liệu PRF có trị số RON là 93 để thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn để đo trị số RON của hỗn hợp TSF đã chuẩn bị và có sự điều chỉnh nhiệt độ không khí đầu vào thích hợp khi trị số octan của hỗn hợp TSF nằm ngoài khoảng sai số cho phép.
Bảng 2.5: kết quả chuẩn hóa máy đo trị số octan
Hỗn hợp PRF Hỗn hợp TSF Kết quả
RON 93 93,2 Đạt
Kết luận: Vậy động cơ thích hợp cho phép đo trị số octan nghiên cứu của mẫu xăng thƣơng phẩm có khoảng RON từ 91,2-95,3.
1.13.1.5 Tiến hành xác định trị số RON của một số mẫu xăng thƣơng phẩm. a)Thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn
Dùng hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn để so sánh đặc tính chống gõ của nó với đặc tính chống gõ của mẫu xăng đem đo. Ở đây ta chọn hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu có RON đã hiệu chuẩn lần lƣợt là 92 và 95.
Đặt chiều cao xilanh theo giá trị đã bù trừ áp suất khí quyển đối với trị số octan của nhiên liệu chuẩn đầu lựa chọn bằng cách xoay núm điều chỉnh bộ đếm tỷ số nén.
56
Chiều cao xilanh ở áp suất chuẩn (760 mm Hg) đƣợc thể hệ thông qua số đếm của tỷ số nén đối với mổi loại nhiên liệu chuẩn đầu đƣợc quy định trong phụ lục 1. Tra phụ lục 1 ta chọn đƣợc tỷ số nén cho hai hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu là 755 đối với PRF 92 và 805 đối với PRF 95. Việc bù trừ chiều cao xilanh đƣợc quy định trong phụ lục 4.
Hình 2.4: Đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ
Áp suất khí quyển trong phòng thí nghiệm đƣợc đo bằng đồng hồ đo áp suất. Dựa vào số đo áp suất của đồng hồ là: 29,85 in.Hg và tham khảo phụ lục 4 ta xác định đƣợc số đọc của tỷ số nén cần đƣợc bù trừ.
57
Điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu – không khí sao cho gây ra cƣờng độ gõ lớn nhất ứng với chiều cao xilanh đã đặt. Đồng hồ đo kích nổ đƣợc điều chỉnh để có số đọc trên đồng hồ đo độ gõ là 50 ứng với các điều kiện này. Ghi lại giá trị đạt đƣợc.
Hình 2.5: Đồng hồ đo kích nổ Hình 2.6: Thiết bị đo độ gõ b)Xác định trị số octan của các mẫu xăng thƣơng phẩm
Sau khi thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn ta tiến hành xác định trị số octan của các mẫu xăng thƣơng phẩm. Cho động cơ vận hành bằng nhiên liệu mẫu cần đo bằng cách chuyển van chọn nhiên liệu sang bình chứa nhiên liệu mẫu. Điều chỉnh chiều cao xilanh để số đọc của đồng hồ đo độ gõ nằm giữa thang đo.
58
Xác định mức nhiên liệu cho cƣờng độ gõ cực đại bằng cách tăng dần mức nhiên liệu cho đến khi số đọc của đồng hồ đo độ gõ đạt cực đại và bắt đầu giảm xuống. Điều chỉnh lại chiều cao xilanh để số đọc cƣờng độ gõ cực đại nằm trong khoảng 2 vạch so với cƣờng độ gõ chuẩn đã đƣợc ghi lại đối với hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu đã sử dụng.
Để cho thiết bị đạt cân bằng và ghi lại tỷ số nén của nhiên liệu mẫu đem đo trên bộ đếm số đã đƣợc bù trừ áp suất khí quyển. Chuyển số đọc của bộ số đếm đã đƣợc bù trừ thành trị số octan của nhiên liệu mẫu dựa vào phụ lục 3.
c)Đo lặp lại các số đọc
Kiểm tra lại cƣờng độ gõ chuẩn bằng cách vận hành máy bằng hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu tại số đọc bộ đếm số đã đƣợc bù trừ cho trị số octan của hỗn hợp này. Nếu số đọc của đồng hồ đo độ gõ nằm trong khoảng 3 vạch so với số đọc ban đầu, ghi lại giá trị này và chạy máy bằng nhiên liệu mẫu. Nếu số đọc của đồng hồ đo độ gõ nằm ngoài khoảng giới hạn 3 vạch, phải đặt lại cƣờng độ gõ chuẩn trƣớc khi tiến hành đo lại trị số octan của nhiên liệu mẫu.
Kiểm tra nhiên liệu mẫu bằng cách điều chỉnh chiều cao của xilanh sao cho số đọc của đồng hồ đo độ gõ nằm trong khoảng 2 vạch so với số đọc cƣờng độ gõ