⛽ Gesamtbasenzahl (TBN)
Kurz gefasst
Bestimmung der Gesamtbasenzahl (TBN) von Schmierölen durch potentiometrische Titration mit Perchlorsäure in Eisessigsäure. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 3771:2011; Bestimmungsbereich: 2–300 mg KOH/g (typisch 5–70). Das Verfahren umfasst 10 Schritte (insgesamt rund 1 Std. 1 Min.–1 Std. 11 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Motorölzustands-Überwachung — Basenreservebewertung, Schiffsölanalyse (TBN 30–70 mg KOH/g) — schwefelhaltige Kraftstoffe, Vorausschauende Wartungsprogramme für Fahrzeug- und Industriemaschinen-Flotten.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 3771:2011
- Kategorie: Petrochemie
- Verfahrensschritte: 10
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Std. 1 Min.–1 Std. 11 Min.
- Bestimmungsbereich: 2–300 mg KOH/g (typisch 5–70)
- Titrant: HClO₄ 0,1 mol/L in Eisessigsäure
- Lösungsmittel: Eisessigsäure : Chlorbenzol (1:2 V/V)
Übersicht
Die Gesamtbasenzahl (TBN — Total Base Number) ist ein Schlüsselparameter zur Bewertung des Schmierölzustands, insbesondere von Motorölen. Ausgedrückt in Milligramm KOH pro Gramm Probe (mg KOH/g), bestimmt sie die Fähigkeit des Öls, während der Kraftstoffverbrennung und Öloxidation entstehende Säuren zu neutralisieren. Frische Motoröle haben TBN im Bereich von 5–15 mg KOH/g (PKW-Öle) bis 30–70 mg KOH/g (Schiffsöle für schwefelhaltige Kraftstoffe).
Basische Additive (metallische Detergenzien — Calcium- und Magnesiumsulfonate, Phenolate und Salicylate) neutralisieren Schwefelsäure, organische Säuren und andere Abbauprodukte und schützen Motorelemente vor Korrosion und Ablagerungen. Während des Ölbetriebs nimmt TBN allmählich ab — wenn sie auf kritisches Niveau fällt (typisch 50% des Frischölwerts oder unter 3 mg KOH/g), erfordert das Öl Austausch.
Die Methode gemäß ISO 3771 beinhaltet potentiometrische Titration einer in Eisessigsäure- und Chlorbenzol-Gemisch gelösten Ölprobe mit Perchlorsäure (HClO₄)-Lösung in Eisessigsäure. Der Titrationsendpunkt wird als Wendepunkt der potentiometrischen Kurve (Elektrodenpotential vs. Titrantenvolumen) bestimmt.
TBN-Überwachung ist ein fundamentales Element der Ölzustandsüberwachung und vorausschauender Wartungsprogramme in Fahrzeugflotten, Schiffsflotten, Kraftwerken und Schwerindustrie.
Prinzip der Methode
Eine gewogene Ölportion (0,5–5 g, abhängig von erwarteter TBN) wird in 60 mL Lösungsmittelgemisch (Eisessigsäure:Chlorbenzol, typisch 1:2 V/V) gelöst. Eine kombinierte Glaselektrode (pH-Ag/AgCl) wird in die Lösung eingetaucht und Titration wird mit Perchlorsäure (HClO₄ 0,1 mol/L in Eisessigsäure) unter Verwendung einer automatischen Bürette durchgeführt. Die Elektrodenpotential-Abhängigkeit vom zugegebenen Säurevolumen wird aufgezeichnet. Der Endpunkt wird mathematisch als Wendepunkt der Titrationskurve bestimmt. TBN wird aus dem zur Endpunktverbrauchten HClO₄-Volumen berechnet.
Anwendungen
- Motorölzustands-Überwachung — Basenreservebewertung
- Schiffsölanalyse (TBN 30–70 mg KOH/g) — schwefelhaltige Kraftstoffe
- Vorausschauende Wartungsprogramme für Fahrzeug- und Industriemaschinen-Flotten
- Frische Schmieröl-Qualitätskontrolle — Herstellerdeklarationsverifizierung
- TBN-Bestimmung von Turbinen-, Hydraulik- und Getriebe-Ölen
- F&E-Forschung — neue Additivpaket-Formulierungen
- Ölkompatibilitätsbewertung mit variablen Schwefelgehalt-Kraftstoffen (IMO 2020)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Bestimmungsbereich | 2–300 mg KOH/g (typisch 5–70) |
| Titrant | HClO₄ 0,1 mol/L in Eisessigsäure |
| Lösungsmittel | Eisessigsäure : Chlorbenzol (1:2 V/V) |
| Elektrode | Kombinierte Glas-pH Ag/AgCl |
| Wiederholbarkeit | 0,04 × TBN (für TBN 5–70) |
| Probenmasse | 0,5–5 g (nach erwarteter TBN ausgewählt) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 3771:2011
- Titel (PL)
- Przetwory naftowe — Oznaczanie liczby zasadowej — Metoda miareczkowania potencjometrycznego kwasem nadchlorowym
- Title (EN)
- Petroleum products — Determination of base number — Perchloric acid potentiometric titration method
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Titranten-Kalibrierung
Wiegen Sie 80 mg KHP (Kaliumhydrogenphthalat), lösen Sie in 20 mL warmer Eisessigsäure, fügen Sie 40 mL Chlorbenzol hinzu, kühlen. Titrieren Sie mit HClO₄. Berechnen Sie Titer.
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Blindwertbestimmung
Zu leerem Becher geben Sie 60 mL Lösungsmittel (Essigsäure:Chlorbenzol 1:2). Tauchen Sie Elektrode und Rührer ein. Führen Sie Titration mit HClO₄ bis Wendepunkt durch.
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Ölprobenwägung
Wiegen Sie Ölprobe auf 0,1 mg genau. Masse hängt von erwarteter TBN ab: ~5 g für TBN <10; ~2 g für TBN 10–30; ~0,5 g für TBN >30.
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Probenauflösung
Fügen Sie 60 mL Lösungsmittel (Essigsäure:Chlorbenzol) zu Becher mit Probe hinzu. Rühren Sie bis vollständige Ölauflösung.
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Elektrodeneintauchen
Tauchen Sie kombinierte pH-Elektrode in Probenlösung ein. Schalten Sie Magnetrührer auf niedrige Drehzahl ein. Warten Sie auf Potentialstabilisierung.
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Titration
Starten Sie automatische Titration mit HClO₄ 0,1 mol/L. Titrator fügt Titrant in Portionen hinzu und registriert Potential. Setzen Sie fort bis deutlicher Wendepunkt auf Kurve.
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Endpunktbestimmung
Titrator bestimmt automatisch Wendepunkt (Inflection Point) aus erster oder zweiter Ableitungskurve. Lesen Sie Titrantenvolumen am Endpunkt ab.
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TBN-Berechnung
TBN [mg KOH/g] = [(V_Probe − V_Blindwert) × c_HClO₄ × 56,1] / m_Probe, wobei 56,1 = KOH-Molmasse.
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Qualitätskontrolle
Führen Sie Duplikat durch (Differenz ≤ 0,04×TBN). Messen Sie CRM jede Serie. Verifizieren Sie Titranten-Titer wöchentlich.
-
Reinigung
Spülen Sie Elektrode nacheinander: Chlorbenzol, Isopropanol, deionisiertes Wasser. Lagern Sie in 3 mol/L KCl-Lösung. Waschen Sie Becher mit Aceton.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Potentiometrischer Titrator | Metrohm 905 Titrando, Mettler Toledo T5, SI Analytics TitroLine 7000 | 30 000–80 000 PLN |
| Kombinierte pH-Elektrode (für nichtwässrige Medien) | Metrohm Solvotrode EtOH, SI Analytics Typ N 6280 | 1 500–4 000 PLN |
| Automatische Bürette | Auswechselbare Bürette 20 mL, im Titrator integriert | im Titratorsatz enthalten |
| Analysenwaage (d=0,1 mg) | Mettler Toledo ME204, Sartorius Secura 224 | 5 000–15 000 PLN |
| Glasbecher 250 mL | Hohe Borosilikatbecher, Duran/Simax | 15–40 PLN/Stk. |
| Magnetrührer | IKA C-MAG MS 4, Heidolph MR Hei-Standard | 1 500–4 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Perchlorsäure (HClO₄) 0,1 mol/L in Eisessigsäure | 7601-90-3 | Titrant, fertige maßanalytische Lösung oder zur Herstellung aus 70% Säure |
| Eisessigsäure | 64-19-7 | Analysenqualität, ≥99,8%, Lösungsmittel- und Titrantenbestandteil |
| Chlorbenzol | 108-90-7 | Analysenqualität, Lösungsmittelbestandteil zum Auflösen der Ölprobe |
| Kaliumhydrogenphthalat (KHP) | 877-24-7 | Standardsubstanz zur Titranten-Kalibrierung, bei 110°C getrocknet |
| Essigsäureanhydrid | 108-24-7 | Zum Entfernen von Wasserspuren aus Titrant (optional) |
| CRM-Referenzöl | — | Zertifiziertes Referenzmaterial mit bekannter TBN zur Methodenvalidierung |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Perchlorsäure — starkes Oxidationsmittel, ätzend, nicht mit organischen Materialien in konzentrierter Form mischen
- Eisessigsäure — ätzend, reizend, stechender Geruch, arbeiten Sie unter Abzug
- Chlorbenzol — toxisch, brennbar, reizend, vermeiden Sie Dampfeinatmung
- Essigsäureanhydrid — ätzend, reagiert heftig mit Wasser, dicht verschlossen lagern
- Chemikalienbeständige Handschuhe (Butyl oder Viton), Schutzbrille und Kittel obligatorisch
- Abfall nach Titration — sammeln Sie in Behältern für chlororganische Abfälle
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 3771:2011 — „Petroleum products — Determination of base number — Perchloric acid potentiometric titration method“.
Wie funktioniert diese Methode?
Eine gewogene Ölportion (0,5–5 g, abhängig von erwarteter TBN) wird in 60 mL Lösungsmittelgemisch (Eisessigsäure:Chlorbenzol, typisch 1:2 V/V) gelöst. Eine kombinierte Glaselektrode (pH-Ag/AgCl) wird in die Lösung eingetaucht und Titration wird mit Perchlorsäure (HClO₄ 0,1 mol/L in Eisessigsäure) unter Verwendung einer automatischen Bürette durchgeführt.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Bestimmungsbereich: 2–300 mg KOH/g (typisch 5–70); Titrant: HClO₄ 0,1 mol/L in Eisessigsäure; Lösungsmittel: Eisessigsäure : Chlorbenzol (1:2 V/V); Elektrode: Kombinierte Glas-pH Ag/AgCl.
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Std. 1 Min.–1 Std. 11 Min. Das Verfahren umfasst 10 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
Potentiometrischer Titrator, Kombinierte pH-Elektrode (für nichtwässrige Medien), Automatische Bürette, Analysenwaage (d=0,1 mg), Glasbecher 250 mL, Magnetrührer. Richtpreis für das Kerngerät (Potentiometrischer Titrator): 30 000–80 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Motorölzustands-Überwachung — Basenreservebewertung; Schiffsölanalyse (TBN 30–70 mg KOH/g) — schwefelhaltige Kraftstoffe; Vorausschauende Wartungsprogramme für Fahrzeug- und Industriemaschinen-Flotten; Frische Schmieröl-Qualitätskontrolle — Herstellerdeklarationsverifizierung; TBN-Bestimmung von Turbinen-, Hydraulik- und Getriebe-Ölen; F&E-Forschung — neue Additivpaket-Formulierungen; Ölkompatibilitätsbewertung mit variablen Schwefelgehalt-Kraftstoffen (IMO 2020).
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Perchlorsäure — starkes Oxidationsmittel, ätzend, nicht mit organischen Materialien in konzentrierter Form mischen; Eisessigsäure — ätzend, reizend, stechender Geruch, arbeiten Sie unter Abzug; Chlorbenzol — toxisch, brennbar, reizend, vermeiden Sie Dampfeinatmung; Essigsäureanhydrid — ätzend, reagiert heftig mit Wasser, dicht verschlossen lagern; Chemikalienbeständige Handschuhe (Butyl oder Viton), Schutzbrille und Kittel obligatorisch; Abfall nach Titration — sammeln Sie in Behältern für chlororganische Abfälle.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 3771.