⛽ FAME-Gehalt in Dieselkraftstoff
Bestimmung des Fettsäuremethylester (FAME/Biodiesel) Gehalts in Dieselkraftstoff mittels Infrarotspektrometrie bei 1745 cm⁻¹.
Übersicht
Fettsäuremethylester (FAME — Fatty Acid Methyl Esters) stellen eine Biokomponente dar, die Dieselkraftstoff zugesetzt wird, um CO₂-Emissionen zu reduzieren und die Kraftstoffverpflichtung aus der Richtlinie 2009/28/EG (RED) und dem polnischen Biokomponentengesetz zu erfüllen. Standard-B7-Dieselkraftstoff enthält bis zu 7% V/V FAME, während B10-, B20- und B100-Kraftstoffe — entsprechend höhere Konzentrationen.
Die präzise Bestimmung des FAME-Gehalts ist aus mehreren Gründen entscheidend: Überschreitung des 7%-Grenzwerts in Standard-Diesel verursacht Nichteinhaltung der PN-EN 590-Norm, zu hoher FAME-Gehalt senkt die Oxidationsstabilität des Kraftstoffs, erhöht das Risiko von Mikroorganismenwachstum und kann Tieftemperaturprobleme (CFPP) verursachen. Umgekehrt bedeutet zu niedriger FAME-Zusatz Nichterreichung des Nationalen Richtziels (NCW).
Die Infrarot (IR)-Spektrometriemethode nutzt die Tatsache, dass FAME-Moleküle eine Ester-C=O-Bindung besitzen, die IR-Strahlung bei 1745 cm⁻¹ absorbiert. Reiner mineralischer Dieselkraftstoff hat diese Absorption nicht, sodass die Messung der Bandenintensität bei 1745 cm⁻¹ die direkte Bestimmung des FAME-Gehalts ermöglicht. Die Probe wird mit Hexan verdünnt und die Transmission in einer Flüssigkeitszelle entsprechender Schichtdicke gemessen.
Die Norm definiert drei Messbereiche: A (0,05–3% V/V), B (3–20% V/V), C (20–50% V/V), von denen jeder unterschiedliche Zelldicke und entsprechende Verdünnung erfordert.
Prinzip der Methode
Eine Dieselkraftstoffprobe wird mit n-Hexan verdünnt und in eine Flüssigkeitszelle mit KBr-, NaCl- oder CaF₂-Fenstern gegeben. Die Transmittanz oder Absorbanz von IR-Strahlung im Carbonyl-C=O-Bandenbereich bei 1745 cm⁻¹ wird gemessen. Die Absorbanzpeakhöhe ist proportional zur FAME-Konzentration in der Probe. Das Ergebnis wird aus einer Kalibrierkurve abgelesen, die auf der Grundlage zertifizierter FAME/Diesel-Standardlösungen bekannter Konzentrationen erstellt wurde. Für höhere Konzentrationsbereiche werden dünnere Zellen oder größere Verdünnung verwendet.
Anwendungen
- Dieselkraftstoff-B7-Qualitätskontrolle (PN-EN 590) — Grenzwert ≤7,0% V/V FAME
- Prüfung von B10-, B20- und B100-Kraftstoffen (PN-EN 14214)
- Überprüfung des Nationalen Richtziels (NCW) für Biokomponenten
- Kontrolle an Kraftstoffdepots — Überprüfung der Mischungsproportionen
- Tankstellenüberwachung — Übereinstimmung mit Zapfsäulendeklaration
- Eignungsprüfungen und Ringversuche (PT)
- Zollkontrolle von importierten Kraftstoffen
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Bereich A | 0,05–3% V/V FAME (Zelle ~0,5 mm) |
| Bereich B | 3–20% V/V FAME (Zelle ~0,1 mm) |
| Bereich C | 20–50% V/V FAME (Zelle 0,05–0,1 mm mit Verdünnung) |
| Messwellenzahl | 1745 cm⁻¹ (Ester-C=O-Bande) |
| Wiederholbarkeit (Bereich A) | 0,12% V/V (bei 3% FAME) |
| PN-EN 590 Grenzwert (B7) | ≤7,0% V/V |
Norm
- Normnummer
- PN-EN 14078:2014
- Titel (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
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. FTIR-Spektrometerkalibrierung
Überprüfen Sie Gerätwellenlängenkalibrierung. Führen Sie Hintergrundtest mit leerer Zelle oder Zelle mit reinem Hexan durch.
2. Kalibrierkurvenvorbereitung
Bereiten Sie Serie von FAME/Diesel-Standards bekannter Konzentrationen vor (z.B. 0,5%, 1%, 2%, 3%, 5%, 7%). Verdünnen Sie mit Hexan in entsprechenden Proportionen.
3. Standardmessung
Messen Sie Absorbanz jedes Standards bei 1745 cm⁻¹. Erstellen Sie Kalibrierkurve (Absorbanz vs. FAME-Konzentration). Prüfen Sie Linearität (R² ≥ 0,999).
4. Probenvorbereitung
Verdünnen Sie Dieselkraftstoffprobe mit Hexan im Verhältnis abhängig von erwarteter FAME-Konzentration (z.B. 1:1 für Bereich A).
5. Zellenfüllung
Füllen Sie Flüssigkeitszelle mit verdünnter Probe mittels Spritze. Stellen Sie sicher, dass keine Luftblasen im optischen Weg sind.
6. Probenmessung
Platzieren Sie Zelle in FTIR-Kammer. Führen Sie Scan durch (typisch 16–32 Scans, 4 cm⁻¹ Auflösung). Lesen Sie Absorbanz bei 1745 cm⁻¹ ab.
7. Ergebnisablesung von Kurve
Basierend auf gemessener Absorbanz lesen Sie FAME-Konzentration von Kalibrierkurve ab. Berücksichtigen Sie Verdünnungsfaktor.
8. Zellenwaschen
Spülen Sie Zelle mit Hexan (3×), dann Aceton. Trocknen Sie mit Trockenluft- oder Stickstoffstrom.
9. Qualitätskontrolle
Messen Sie Kontrollprobe (CRM) alle 10 Bestimmungen. Prüfen Sie Duplikat-Wiederholbarkeit. Abweichung vom zertifizierten Wert ≤ Akzeptanzgrenze.
10. Ergebnisaufzeichnung
Notieren Sie Ergebnis als % V/V FAME auf 0,1% genau. Vergleichen Sie mit Normgrenzwert (z.B. ≤7,0% für B7).
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| FTIR-Spektrometer | PerkinElmer Spectrum Two, Shimadzu IRSpirit, Bruker Alpha II, Thermo Nicolet iS5 | 50 000–150 000 PLN |
| Flüssigkeitszellen mit IR-Fenstern | KBr/CaF₂-Zellen, Dicke 0,05–0,5 mm, Specac Omni-Cell | 2 000–6 000 PLN/Stk. |
| FAME/Diesel-Kalibrierstandards | CPAchem / Paragon Scientific Set, zertifizierte Konzentrationen | 3 000–8 000 PLN / Satz |
| Mikropipetten und Volumenglas | Eppendorf Research Plus, Messkolben 10–50 mL | 500–2 000 PLN |
| Lufttrockner / N₂-Generator | Trockner für FTIR-Kammer, Parker Balston | 5 000–15 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| n-Hexan | 110-54-3 | Analysenqualität oder für IR-Spektroskopie, zur Probenverdünnung. Reinheit ≥95% |
| Referenz-FAME (RME/SME) | 67784-80-9 | Raps- oder Soja-Methylester, zertifiziertes CRM zur Kalibrierung |
| Referenz-Dieselkraftstoff (ohne FAME) | — | Zertifizierter „Blank-Diesel" zur Kalibrierstandard-Vorbereitung |
| Aceton | 67-64-1 | Zum Waschen von Flüssigkeitszellen zwischen Messungen |
| Kieselgel mit Molekularbällen | — | Zum Trocknen von Hexan und Aufrechterhaltung niedriger Feuchtigkeit |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- N-Hexan — hochentzündlich, neurotoxisch bei chronischer Exposition, arbeiten Sie unter Abzug
- Aceton — brennbar und reizend, vermeiden Sie Dampfeinatmung
- KBr/NaCl-Fenster — hygroskopisch, nicht mit bloßen Fingern berühren, vor Feuchtigkeit schützen
- IR-Strahlung — geringes Risiko, aber nicht direkt in Interferometerlaserstrahl schauen
- Nitrilhandschuhe, Schutzbrille und Kittel obligatorisch