⛽ Zawartość FAME w oleju napędowym
Oznaczanie zawartości estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME/biodiesel) w oleju napędowym metodą spektrometrii w podczerwieni przy 1745 cm⁻¹.
Przegląd
Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME — Fatty Acid Methyl Esters) stanowią biokomponent dodawany do oleju napędowego w celu zmniejszenia emisji CO₂ i realizacji obowiązku paliwowego wynikającego z Dyrektywy 2009/28/WE (RED) oraz polskiej ustawy o biokomponentach. Standardowy olej napędowy B7 zawiera do 7% V/V FAME, natomiast paliwa B10, B20 i B100 — odpowiednio wyższe stężenia.
Precyzyjne oznaczanie zawartości FAME jest kluczowe z kilku powodów: przekroczenie limitu 7% w standardowym ON powoduje niezgodność z normą PN-EN 590, zbyt wysoka zawartość FAME obniża stabilność oksydacyjną paliwa, zwiększa ryzyko rozwoju mikroorganizmów i może powodować problemy z niską temperaturą (CFPP). Z kolei zbyt niski dodatek FAME oznacza niespełnienie Narodowego Celu Wskaźnikowego (NCW).
Metoda spektrometrii w podczerwieni (IR) wykorzystuje fakt, że cząsteczki FAME posiadają wiązanie estrowe C=O, które absorbuje promieniowanie IR przy 1745 cm⁻¹. Czysty olej napędowy mineralny nie posiada tej absorpcji, więc pomiar intensywności pasma przy 1745 cm⁻¹ pozwala bezpośrednio wyznaczyć zawartość FAME. Próbkę rozcieńcza się heksanem i mierzy transmisję w kuwecie cieczowej o odpowiedniej grubości warstwy.
Norma definiuje trzy zakresy pomiarowe: A (0,05–3% V/V), B (3–20% V/V), C (20–50% V/V), z których każdy wymaga innej grubości kuwety i odpowiedniego rozcieńczenia.
Zasada metody
Próbkę oleju napędowego rozcieńcza się n-heksanem i umieszcza w kuwecie cieczowej z okienkami z KBr, NaCl lub CaF₂. Mierzy się transmitancję lub absorbancję promieniowania IR w zakresie pasma karbonylowego C=O przy 1745 cm⁻¹. Wysokość piku absorbancji jest proporcjonalna do stężenia FAME w próbce. Wynik odczytuje się z krzywej kalibracyjnej sporządzonej na podstawie certyfikowanych roztworów wzorcowych FAME/diesel o znanych stężeniach. Dla zakresów o wyższych stężeniach stosuje się cieńsze kuwety lub większe rozcieńczenie.
Zastosowania
- Kontrola jakości oleju napędowego B7 (PN-EN 590) — limit ≤7,0% V/V FAME
- Badanie paliw B10, B20 i B100 (PN-EN 14214)
- Weryfikacja Narodowego Celu Wskaźnikowego (NCW) biokomponentów
- Kontrola na bazach paliwowych — sprawdzanie proporcji mieszania
- Monitoring stacji paliw — zgodność z deklaracją na dystrybutorze
- Badania biegłości i porównania międzylaboratoryjne (PT)
- Kontrola celna paliw importowanych
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Zakres A | 0,05–3% V/V FAME (kuweta ~0,5 mm) |
| Zakres B | 3–20% V/V FAME (kuweta ~0,1 mm) |
| Zakres C | 20–50% V/V FAME (kuweta 0,05–0,1 mm z rozcieńczeniem) |
| Liczba falowa pomiaru | 1745 cm⁻¹ (pasmo C=O estru) |
| Powtarzalność (zakres A) | 0,12% V/V (przy 3% FAME) |
| Limit PN-EN 590 (B7) | ≤7,0% V/V |
Norma
- Numer normy
- PN-EN 14078:2014
- Tytuł (PL)
- Ciekłe przetwory naftowe — Oznaczanie zawartości estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME) w średnich destylatach — Metoda spektrometrii w podczerwieni
- Title (EN)
- Liquid petroleum products — Determination of fatty acid methyl ester (FAME) content in middle distillates — Infrared spectrometry method
Procedura krok po kroku
1. Kalibracja spektrometru FTIR
Zweryfikuj kalibrację długości fali aparatu. Wykonaj test tła (background) z pustą kuwetą lub kuwetą z czystym heksanem.
2. Przygotowanie krzywej kalibracyjnej
Sporządź serię wzorców FAME/diesel o znanych stężeniach (np. 0,5%, 1%, 2%, 3%, 5%, 7%). Rozcieńcz heksanem w odpowiednich proporcjach.
3. Pomiar wzorców
Zmierz absorbancję każdego wzorca przy 1745 cm⁻¹. Sporządź krzywą kalibracyjną (absorbancja vs. stężenie FAME). Sprawdź liniowość (R² ≥ 0,999).
4. Przygotowanie próbki
Rozcieńcz próbkę oleju napędowego heksanem w proporcji zależnej od spodziewanego stężenia FAME (np. 1:1 dla zakresu A).
5. Napełnienie kuwety
Napełnij kuwetę cieczową rozcieńczoną próbką za pomocą strzykawki. Upewnij się, że nie ma pęcherzyków powietrza w ścieżce optycznej.
6. Pomiar próbki
Umieść kuwetę w komorze FTIR. Wykonaj skan (typowo 16–32 skanów, rozdzielczość 4 cm⁻¹). Odczytaj absorbancję przy 1745 cm⁻¹.
7. Odczyt wyniku z krzywej
Na podstawie zmierzonej absorbancji odczytaj stężenie FAME z krzywej kalibracyjnej. Uwzględnij współczynnik rozcieńczenia.
8. Mycie kuwety
Przepłucz kuwetę heksanem (3×), następnie acetonem. Wysusz strumieniem suchego powietrza lub azotu.
9. Kontrola jakości
Zmierz próbkę kontrolną (CRM) co 10 oznaczeń. Sprawdź powtarzalność duplikatów. Odchylenie od wartości certyfikowanej ≤ granica akceptacji.
10. Rejestracja wyników
Zapisz wynik jako % V/V FAME z dokładnością do 0,1%. Porównaj z limitem normy (np. ≤7,0% dla B7).
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Spektrometr FTIR | PerkinElmer Spectrum Two, Shimadzu IRSpirit, Bruker Alpha II, Thermo Nicolet iS5 | 50 000–150 000 PLN |
| Kuwety cieczowe z okienkami IR | Kuwety KBr/CaF₂, grubość 0,05–0,5 mm, Specac Omni-Cell | 2 000–6 000 PLN/szt. |
| Wzorce kalibracyjne FAME/diesel | Zestaw CPAchem / Paragon Scientific, certyfikowane stężenia | 3 000–8 000 PLN / zestaw |
| Mikropipety i szkło pomiarowe | Eppendorf Research Plus, kolby miarowe 10–50 mL | 500–2 000 PLN |
| Osuszacz powietrza / generator N₂ | Osuszacz do komory FTIR, Parker Balston | 5 000–15 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| n-Heksan | 110-54-3 | Cz.d.a. lub do spektroskopii IR, do rozcieńczania próbek. Czystość ≥95% |
| FAME referencyjny (RME/SME) | 67784-80-9 | Ester metylowy rzepakowy lub sojowy, certyfikowany CRM do kalibracji |
| Olej napędowy referencyjny (bez FAME) | — | Certyfikowany „blank diesel" do przygotowania wzorców kalibracyjnych |
| Aceton | 67-64-1 | Do mycia kuwet cieczowych między pomiarami |
| Silikażel z kulkami molekularnymi | — | Do osuszania heksanu i utrzymania niskiej wilgotności |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- N-heksan — wysoce łatwopalny, neurotoksyczny przy przewlekłym narażeniu, pracuj pod wyciągiem
- Aceton — łatwopalny i drażniący, unikaj wdychania par
- Okienka KBr/NaCl — higroskopijne, nie dotykaj gołymi palcami, chronić przed wilgocią
- Promieniowanie IR — niskie ryzyko, ale nie patrz bezpośrednio w wiązkę lasera interferometru
- Rękawice nitrylowe, okulary ochronne i fartuch obowiązkowe