Диссертация (Проточный многокомпонентный анализ биодизельных топлив)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИНСТИТУТ ХИМИИНа правах рукописиУДК 543ШИШОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧПРОТОЧНЫЙ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ АНАЛИЗБИОДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ02.00.02 – аналитическая химияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата химических наукНаучный руководитель:д.х.н., доцент А.В. БулатовСанкт-Петербург – 2015СодержаниеСтр.Введение.………………………………………………………………………………4Глава 1. Обзор литературы……………………………………………………… 91.1.

Биодизельное топливо, классификация и методы получения………… 91.2. Методы анализа биодизельного топлива…………..…………………….. 151.2.1. Элементный анализ биодизельного топлива…………………………… 151.2.2. Методики определения одноатомных спиртов в биодизельномтопливе……………………………………………………………………………… 251.2.3. Методики определения глицерина в биодизельном топливе………… 291.4. Заключение……………………………………………………………………. 39Глава 2. Методика экспериментальных исследований……………………… 402.1. Средства измерений, оборудование и реактивы…….…………………… 402.2.

Приготовление растворов и модельных образцов………………………. 422.3. Установление состава биодизельного топлива…………………………… 43Глава3.Циклическийинжекционныймногокомпонентныйспектрофотометрический анализ биодизельных топлив с применением 47метода множественной линейной регрессии ………………………………….3.1. Определение алюминия, железа, кремния и фосфора…………………..503.2. Определение кальция и магния ...………………………………………… 67Глава4.определениеЦиклическоеметанолаиинжекционноеэтанолаввольтамперометрическоебиодизельномтопливеспредварительным их мембранным выделением …………………………….Глава5.Циклическоеинжекционное77спектрофотометрическоеопределение глицерина в биодизельном топливе с его предварительнымэкстракционным выделением ………………………………………………….94Выводы…………………………………………………………………………….106Принятые условные сокращения и обозначения ……………………………1082Список литературы………………………………………………………….…… 1093ВведениеВ последнее время особое внимание уделяется проблемам изготовления иконтроля качества биологического топлива, как источнику возобновляемой иэкологической энергии.

Одним из широко используемых биологических топливявляется биодизельное, которое представляет собой смесь углеводородовнефтяного происхождения и эфиров жирных кислот, полученных, в основном,по реакции переэтерификации растительных или животных жиров со спиртамив присутствии катализаторов. Основными нормируемыми показателямикачества биодизельного топлива являются его прекурсоры (метиловый иэтиловый спирты, триглицериды жирных кислот, катализаторы) и побочныепродукты (глицерин, вода). Кроме того, существуют задачи определенияпримесных компонентов, которые могут присутствовать в биодизельномтопливе (сера, фосфор, кремний, металлы и др.) и влиять на егоэксплуатационные свойства.Для проведения химического анализа биодизельного топлива в основномиспользуют спектральные и хроматографические методы, включающие ручныепроцедуры пробоподготовки, требующие относительно большие трудозатратыи расходы реагентов.Общей тенденцией в современной аналитической химии являетсяавтоматизация и миниатюризация химического анализа с целью повышения егопроизводительности и снижению трудозатрат, расходов проб и реагентов.Проточные методы нашли широкое применение для автоматизации иминиатюризации химического анализа различных объектов, в том числе и дляанализа биодизельного топлива.На сегодняшний день одним из трендов в методологии проточногоанализаявляетсяавтоматизацииразработкаметодов,многокомпонентногомногокомпонентногопроточногообеспечивающиханализа.анализавозможностьДляреализациипредложеноиспользоватьхемометрические и дифференциально-кинетические подходы, а так же4проточные мультикоммутационные, мультидетекторные и «сэндвич» системы.Приэтомважнойзадачейостаетсяразработкановыхметодовиинструментальных схем пробоподготовки, обеспечивающих возможностьопределения нескольких аналитов из одной пробы со сложной по составуматрицей.

Эта тенденция проявляется и в проточных методах анализабиодизельного топлива. Общим решением существующей задачи являетсяавтоматизацияпринципахмногокомпонентногоциклическогоанализаинжекционногобиодизельныханализа,топливконцепциянакоторогообеспечивает высокую чувствительность и возможность включения в его схемуразличных методов пробоподготовки.Цель работы−Цель исследования – разработка новых методических подходов иинструментальных схем пробоподготовки для многокомпонентного анализабиодизельных топлив на принципах циклического инжекционного анализа.−Для достижения поставленной цели было необходимо решитьследующие задачи:−адаптировать метод множественной линейной регрессии к условиямвыполненияциклическогоинжекционногомногокомпонентногоспектрофотометрического анализа биодизельного топлива для одновременногоопределения в нем кальция, магния, железа, алюминия, фосфора и кремния;−оптимизироватьусловияпроведенияхромогенныхреакцийобразования комплексов ионов кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Твспиртовыхрастворахбиодизельныхтопливдляихпоследующегоспектрофотометрического определения;−изучить и оптимизировать процесс селективного мембранноговыделения метанола и этанола из биодизельного топлива в водную фазу иадаптировать его в схему циклического инжекционного анализа;5−изучить и оптимизировать условия проведения хромогеннойреакции образования глицерата меди(II) в гетерогенной системе: водная фаза –Cu2+-катионит для спектрофотометрического определения глицерина;−изучить и оптимизировать процесс нормальнофазового жидкостно-жидкостного хроматографического выделения глицерина из биодизельноготоплива и адаптировать его в схему циклического инжекционного анализа.Научная новизна работыПредложенновыйкомбинированныйметодмногокомпонентногопроточного анализа, основанный на сочетании циклического инжекционногоанализа и метода множественной линейной регрессии.Разработанановаяинструментальнаясхемапробоподготовкидляопределения метанола и этанола в биодизельном топливе в условияхциклического инжекционного анализа, основанная на испарении аналитов черезселективную мембрану.Разработанановаяинструментальнаясхемапробоподготовкидляопределения глицерина в биодизельном топливе в условиях циклическогоинжекционного анализа, основанная на его нормальнофазовом жидкостножидкостном хроматографическом выделении и концентрировании.Предложенановаямембранаизполифениленизофталамидадляселективного выделения метанола и этанола из биодизельного топлива.Установлены условия проведения хромогенных реакций образованияаналитических форм кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Т вспиртовомрастворебиодизельноготопливадляихпоследующегоциклического инжекционного спектрофотометрического определения методоммножественной линейной регрессии.Показана возможность проведения хромогенной реакции образованияглицерата меди(II) в гетерогенной системе: водная фаза – Cu2+-катионит.6Практическая значимость работыРазработаны и апробированы циклические инжекционные методики:−одновременного спектрофотометрического определения кальция имагния в биодизельном топливе, обеспечивающая возможность существенногосокращения времени анализа, расхода реагентов и объема образующихсяотходов за счет проведения хромогенных реакций непосредственно в растворебиодизельного топлива;−спектрофотометрического определения глицерина в биодизельномтопливе, обеспечивающая автоматизацию и миниатюризацию анализа;−одновременного спектрофотометрического определения алюминия,железа, кремния и фосфора в биодизельном топливе на принципах новойкомбинированнойверсиимногокомпонентногопроточногоанализа,основанной на сочетании возможностей циклического инжекционного анализаи метода множественной линейной регрессии;−одновременного вольтамперометрического определения метанола иэтанола в биодизельном топливе для автоматизированного контроля егокачества.Положения, выносимые на защиту1.Новый комбинированный проточный метод многокомпонентногоанализа, основанный на сочетании циклического инжекционного анализа иметода множественной линейной регрессии;2.Условияпроведенияхромогенныхреакцийобразованияаналитических форм ионов кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Т вспиртовомрастворебиодизельноготопливадляихпоследующегоциклического инжекционного спектрофотометрического определения методоммножественной линейной регрессии;3.воднуюСхема селективного мембранного выделения метанола и этанола вфазуизбиодизельного7топливачерезмембрануизполифениленизофталамида,адаптированнаякусловиямциклическогоинжекционного анализа;4.Схеманормальнофазовогожидкостно-жидкостногохроматографического выделения глицерина в водную фазу из биодизельноготоплива, адаптированная к условиям циклического инжекционного анализа;5.Схема проведения реакции образования глицерата меди(II) вгетерогенной системе: водная фаза – Cu2+-катионит для циклическогоинжекционного спектрофотометрического определения глицерина.6.Методики циклического инжекционного определения метанола,этанола, глицерина, кремния, фосфора, железа, алюминия, кальция и магния вбиодизельном топливе и результаты их испытаний.8  Глава 1.

Обзор литературы1.1. Биодизельное топливо, классификация и методы полученияРастущиетемпыпотребленияископаемыхнефтепродуктовприпостепенном их уменьшении привело к тому, что, уже начиная с прошлого векачеловечествоактивноразвиваеттехнологиисозданияальтернативныхисточников энергии. Одним из наиболее перспективных и быстро развиваемыхнаправлений в этой области является синтез и изучение биологическоготоплива.В настоящее время под биологическим топливом понимают топливо,произведенное из растительного или животного сырья или из продуктовжизнедеятельности организмов.

Сырьё, из которого производится подавляющеебольшинство видов биологического топлива, можно разделить на четырегруппы. Первая группа – сельскохозяйственные культуры с высокимсодержанием жиров (перерабатываемых в биодизельное топливо), крахмала исахаров (перерабатываемых в биоэтанол). Такое сырье неудобно тем, что егоиспользование вызывает изъятие части этих же самых культур с рынкапищевых продуктов. Вторая группа – непищевые отходы культивируемыхрастений, траваидревесина.