CC BY
50
УДК 004.9: 543.61: 661.11
Л. В. Трынкина, В. Е. Трохин, А. Г. Вендило, А. М. Бессарабов*
Научный центр «Малотоннажная химия», Москва, Россия 107564, Москва, Краснобогатырская ул., д. 42 * e-mail: [email protected]
КОМПЬЮТЕРНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ КАЧЕСТВА ПРИМЕСЕЙ
НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ТЕТРАХЛОРМЕТАНА
С помощью CALS-системы компьютерного менеджмента качества рассмотрены способы определения примесей в тетрахлорметане методами: ЯМР-, ИК-спектроскопии и газожидкостной хроматографии. Как пример применения системы компьютерного менеджмента качества рассмотрен способ определения примесей нефтепродуктов в природных и сточных водах с помощью тетрахлорметана реактивной квалификации.
Ключевые слова: тетрахлорметан; компьютерный менеджмент качества; CALS-технологии.
Тетрахлорметан широко применяется в качестве растворителя при производстве и лабораторной практике, выделении различных масел жиров и смол; служит для получения фреона-12, для очистки и обезжиривании деталей машин и механизмов, печатных плат и микросхем, а также в качестве экстрагента при определении нефтепродуктов в воде (природной, питьевой, сточной и др.) в органическом синтезе, в спектральных исследованиях [1]. Широкий спектр квалификаций предлагает большое количество разнородных параметров и ставит проблему унификации методов контроля качества, сырья, полупродуктов и готовых реактивов при производстве всего ассортимента квалификаций тетрахлорметана.
Эффективный аналитический мониторинг различных марок тетрахлорметана, требует использования самых современных
информационных систем. Наиболее
перспективной системой компьютерной поддержки является CALS-технология (Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) [2].
Разработанная нами система аналитического мониторинга химических реактивов и особо чистых веществ, также называемая системой компьютерного менеджмента качества (КМК-система), включает 3 иерархических информационных уровня: анализируемое вещество, показатели качества, методы анализа [3]. На верхнем уровне КМК-системы приведены рассматриваемые квалификации тетрахлорметана («Анализируемое вещество»). Всего нами выпускается тетрахлорметан 9 квалификаций: «ос. ч 18-4»; «ос.ч ОП-3»; «хч; чда»; «ч»; «хч БХС»; «хч для УФ»; «хч для ЭВС» и «хч для хроматографии». Указанные наименования тетрахлорметана заложены в информационную структуру разработанной КМК-системы.
Одно из основных направлений применения КМК-системы связано с определением нефтепродуктов (НП) в сточных и природных водах, используя в процессе анализа тетрахлорметана квалификации «хч для ЭВС». Методика определения нефтепродуктов в воде с использованием тетрахлорметана включает три последовательных этапа (операции): выделение эмульгированных и растворенных нефтяных компонентов из воды экстракцией тетрахлорметана; хроматографическое отделении НП от сопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненной оксидом алюминия; количественное определение массовой концентрации НП по интенсивности поглощения С-Н связей в инфракрасной области спектра на концентратомере.
В настоящее время загрязнение воды НП -явление очень распространенное. Промышленные стоки, аварии при нефтеперевозке, стоки с АЗС и автотранспорта - все это приводит к загрязнению поверхностных водотоков. Добыча нефти ведет к значительному загрязнению грунтовых вод. Кроме того, грунтовые воды загрязняются и от фильтрации нефтепродуктов с поверхности.
В методике определения НП в воде первостепенную роль играет чистота тетрахлорметана, т. к. качественный и количественный примесный состав его имеет большое влияние на ИК-спектрометрию и ГЖХ: содержащиеся в тетрахлорметане примеси могут ухудшать оптическое пропускание самого реактива в диапазоне длин волн, используемых в концентратомерах в качестве экстрагента, и загрязнять хроматографическую колонку. В связи с этим, перед производителями стоят серьезные проблемы при получении тетрахлорметана и дальнейшей очистке его от примесей.
Метод Ш ЯМР особенно удобен для определения состава и количества органических водородсодержащих микропримесей в
тетрахлорметане. Метод отличается высочайшей чувствительностью и, в отличие от хроматографии и ИК-спектроскопии, позволяет определять более низкое содержание примесей, а также определять их состав.
В спектроскопии 1Н ЯМР тетрахлорметан используется как неполярный растворитель при анализе органических соединений. Важной особенностью чистого тетрахлорметана является отсутствие собственных сигналов в спектре.
Тетрахлорметан содержит органические примеси (хлороформ, дихлорметан, дихлорэтан и др.), почти все из которых могут быть
количественно и качественно идентифицированы методом 1Н ЯМР.
В ИК-спектроскопии тетрахлорметан используется для экстракции нефтепродуктов из водных сред с последующим количественным определением последних по полосе Ш8СН с максимумом 2925 см-1. На данный момент для контроля содержания в сточных водах промышленных предприятий растворенных и эмульгированных нефтепродуктов используется методика, заключающаяся в экстракции примесей из воды тетрахлорметаном и дальнейшем их определением на ИК-фотометрах типа АН-1,2,3 (рис. 1).
Щ Че тыреххлористый ymepDA.stil PSM LJ ПМ
Файл Правка Вид Настройки 7,
в ¡SÍ щ n ШШ I Ш ^ IL I ______
Навигэтог х Свойство , Значение
-iJi категории
E3-[tl чотыреххлористый углерод 1 _j I. Особой чистсты В- п 2. Химически чистый
£ §5 хч БХС ТУ 2631-079-44493179-02' Й Б хч ГОСТ 20288-74 Й Б хч для УФ ТУ 2631-015-44493179-98 - J хч для ЭВС ТУ 2631-027-44493179-98 Щ-: Ig] 1. Енешний вид Щ- И 2, Физико-химические показатели - jgj 3, Харктеристики состава Й- Ею 3.1. Основное вещество El■ 3.2. Нелетучий остаток El■ 3.3. Кислоты (в пересчете на HCl) Й Щ 3.4. Вода
Й- рЦ 3.5. Вещества, реагирующие с серной га 3.6. Углеводороды (в пересчете на ТКХ Й 1Я 3.6.1. Газовая хроматография Й Щ] 13-6.2. ЙК-сп£к грогкопия! + 3.6.3. ЯМР-спектроскопия Щ; Хч для хроматографии ТУ 2631-053-44493179-00 ЕЕ] И 3. Чистый для анализа
^ üHnh^photoshop
.актирование Изображение Слой Выделение Фильтр Просмотр Окно Справка
[□"QG3 Й Растушевка: Г
Г" Сглаживание Стиль; |Нормальный
Относительная прозрачность, %
J -v^J
ч У/»
Г- Т' t
1 {
Ini L Г-
-i = —F
Готово
\ )( ча с: 1 сэ 1 а излучения), см
Рис. 1. Элемент CALS-системы (ИК-спектроскопия). а - спектры поглощения тетрахлорметан (1), с примесью 1,2-дихлорэтана (2), хлороформа (3), трихлорэтилена (4)
У ИК-фотометра АН-2 в качестве рабочей используется частота 3,48 нм (2925 см-1) вблизи которой расположены максимумы поглощения и(асс.) С-Н связей алифатических и ароматических углеводородов, определение брутто-концентраций которых и является основной задачей при обнаружении нефтепродуктов в воде. По литературным данным спектр поглощения 1,2-дихлорэтана лежит в пределах 2950-2970 см-1, хлороформа - 3010 см-1, трихлорэтилена - 30803100 см-1. В результате было выявлено, что наибольшее влияние на спектр оказывает присутствие 1,2-дихлорэтана, в связи с наличием в этом соединении большего количества связей C-Н. Это приводит к значительному поглощению в области 2925 см-1, если концентрация примеси более 0,02% масс. Остальные примеси в интересующем нас диапазоне не накладываются и не оказывают влияние на аналитическую чистоту (рис. 1 -а).
Было проведено сравнение эффективности разделения примесей в тетрахлорметане методом
ГЖХ на различных неподвижных фазах и при различных температурах колонок и испарителя. Показано, что лучшее разделение происходит на колонке 3,0^4000 мм, при использовании в качестве неподвижной фазы 10% ПЭГ-1000, носитель - динохром Н с размером частиц 0,250,315 мм, температура термостата колонки 600 С.
На основе статистических данных анализа тетрахлорметана методом ГЖХ и ИК была исследована зависимость концентрации углеводородов (мг/л), определенных на концентратомере Ан-2, от концентрации 1,2-дихлорэтана (% масс.) в тетрахлорметане. Анализ полученной зависимости выявил ее линейный характер в исследуемом диапазоне концентраций - от 0 до 0,16 % масс. дихлорэтана. Кроме того, было обнаружено, что при концентрации 1,2-дихлорэтана менее 0,02 % масс. содержание углеводородов будет удовлетворять требованиям технических условий на тетрахлорметан «хч для
ЭВС».
Полученный результат позволяет подтвердить
вывод, что основное влияние на качество тетрахлорметана оказывает 1,2-дихлорэтан, являющейся лимитирующей примесью. Исходя из полученного результата, возможно использовать более быстрый метод анализа содержания 1,2-
дихлорэатана на концентратомере Ан-2 (занимает 1-2 минуты против 15-20 минут методом ГЖХ без пробоподготовки).
Трынкина Любовь Владимировна аспирант отдела системного анализа и информационных технологий Научного центра «Малотоннажная химия», Россия, Москва
Трохин Василий Евгеньевич к.х.н., директор Научного центра «Малотоннажная химия», Россия, Москва
Вендило Андрей Григорьевич к.х.н., доцент, генеральный директор Научного центра «Малотоннажная химия», Россия, Москва
Бессарабов Аркадий Маркович д.т.н., проф., зам. директора Научного центра «Малотоннажная химия», Россия, Москва
Литература
1. Trokhin V., Bessarabov A., Trynkina L. Determination of oil products in waste and natural waters using tetraсhloromethane // Chemical Engineering Transactions. - 2013. - Vol. 35. - P. 1411-1416.
2. Трынкина Л.В., Бессарабов А.М., Трохин В.Е. Модернизация системы аналитического мониторинга органических растворителей особой чистоты на основе концепции CALS // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2013. - № 6. - С. 15-21.
3. Бессарабов А.М., Алякин А. А., Айвазян Е.А. Компьютерный менеджмент качества особо чистых веществ на основе концепции CALS (ISO-10303 STEP) // Приборы. - 2005. - № 12. - С. 26-36.
TrynkinaLubov' Vladimirovna, Trokhin Vasiliy Evgen'evich, Vendilo Andrey Grigor'evich, Bessarabov Arkadiy Markovich*
Science centre «Low-tonnage chemistry» , Moscow, Russia.
* e-mail: [email protected]
COMPUTER QUALITY MANAGEMENT OF PETROLEUM IMPURITIES USING TETRACHLOROMETHANE
Abstract
With the help of computer quality management CALS-system there were considered the methods of determination of impurities in tetrachloromethane using NMR, IR spectroscopy and gas chromatography. As an example of use of computer quality management system there was considered a method of determining petroleum impurities in natural and waste waters by using tetrachloromethane.
Key words: tetrachloromethane; computer quality management; CALS-technologies.
