CC BY
34
УДК: 621.3
ОСОБЕННОСТИ ДЕГРАДАЦИИ ОЛИВКОВОГО МАСЛА ПО ДАННЫМ
УФ-СПЕКТРОСКОПИИ
Л.Г. ГАФИЯТУЛЛИН*, В.К. КОЗЛОВ**, Ю.К. БИККИНЯЕВА **, А.Н.
ТУРАНОВ**
*Казанский физико-технический институт КазНЦ РАН
**Казанский государственный энергетический университет
Аннотация: Методом УФ-спектроскопии изучены особенности старения оливкового масла по сравнению с минеральным.
Ключевые слова: трансформаторное масло, оливковое масло.
Введение
Известно, что традиционное минеральное трансформаторное масло обладает рядом недостатков: низкая температура воспламенения, высокая токсичность, гидрофильность, трудности утилизации из-за низкой биодеградационной способности... Прогнозируемый в долгосрочной перспективе рост стоимости исходного сырья (нефти) обострил проблему поиска альтернативы. В последние годы активизирован поиск альтернативного сырья для трансформаторных масел. Одним из направлений является разработка изоляционных масел из растительного сырья. Зарегистрировано большое количество патентов, например [1, 2], а ведущие западные производители: Cooper Power Systems, ABB Power T&D Company Inc., M&I Materials, Siemens, Merlin Gerin, Schneider Electric, Areva и др. выпустили на рынок изоляционные композиции на основе растительных масел.
К сожалению, акцент смещен на прикладные аспекты, а фундаментальные исследования либо не проводятся вообще, либо являются коммерческой тайной. В представленной работе описаны результаты первого шага нашего коллектива в исследовании состава и его изменений в ходе деградации оливкового масла.
Образцы и методика эксперимента
В работе исследованы свежие образцы оливкового масла однократного холодного прессования производства PrimOli S.r.l. Genova (Италия) 2013 г. Образцы состаренного масла получали из свежего термообработкой при 110 +10 °С в свободном доступе воздуха, без барботирования, в течение 10 минут.
Спектры поглощения УФ и видимого диапазонов записаны при комнатной температуре T = 293 K в кюветах толщиной l = 0,10 и 10,00 мм на спектрофотометре Varian Cary 100 в диапазоне длин волн (X) 200-800 нм со скоростью V = 600 нм/мин, при ширине щели d = 1,5 нм. Кювету сравнения оставляли пустой. Положение линий в спектрах приведены с точностью ±2,5 нм.
Результаты и обсуждение
Спектры поглощения свежего и состаренного в модельных условиях образцов оливкового масла в кювете l = 0,10 мм представлены на рисунке (кривые 1 и 2). При X>300 нм оптическая плотность D спектров слишком мала. Использование кюветы большей толщины 10,00 мм позволило повысить значения D и изучить спектры образцов во всем доступном для данного прибора диапазоне X, т.е. до 800 нм (кривые 3 © Л.Г. Гафиятуллин, В.К. Козлов, Ю.К. Биккиняева, А.Н. Туранов Проблемы энергетики, 2013, № 9-10
и 4). В итоге, в изученных спектрах обнаружены линии поглощения с 225, 270, 320, 415, 455,480, 670 нм.
Б
2
4
0
3
1
Л, нм
200
300
400
500
600 700 800
Рис. Спектры поглощения оливкового масла: 1 - свежее в кювете 0,10 мм; 2 - старое в кювете 0,10 мм; 3 - свежее в кювете 10,00 мм; 4 - старое в кювете 10,00 мм
Линия при Х= 225 нм принадлежат нафталину и его производным [3,4]. Из-за присутствия кислородсодержащих соединений линия в области 270 нм уширена. Это В-полоса поглощения бензола и его производных с разным числом и положением заместителей (запрещенный по симметрии переход Л1Ё-Б2и) [4]. Интенсивность этой полосы на 2 порядка ниже К-полосы (переходы А^-Б^ - 180 нм и А^-Б^ - 200 нм). Соответственно, концентрация соединений бензола в десятки раз выше концентрации бициклических молекул. Линия при Х=320 нм отнесена к трициклическим соединениям (например, антрацен и его производные), а при Х= 415, 455 и 480 нм - к нафтаценам, т.е. тетрациклам [3,4]. Линия при Х= 670 нм соответствует сложным макроциклическим молекулам, возможно хлорофиллу и его изомерам, которые, несомненно, присутствуют в исходном сырье - маслинах. Однако это необходимо подтвердить другими методами: ЭПР-, ЯМР-, ИК- спектроскопией и хроматографией.
Сравнение амплитуд перечисленных линий позволяет сделать вывод о разложении молекул с большим количеством циклов на моно- и бициклические при выдержке растительного масла при температуре 110 °С. Такой механизм деградации оливкового масла значительно отличается от процессов, протекающих в минеральных маслах, в которых в результате циклизации и депротонизации алифатических соединений увеличивается концентрация всех ароматических фракций, как конденсированных, так и неконденсированных [3]. Различия в составе свежих масел, в частности практически полное отсутствие нафтенов в оливковом масле, поможет «пролить свет» на данный факт в ходе наших дальнейших исследований.
УФ спектры оливкового масла содержат сигналы от ароматических соединений. В ходе термообработки при 110 °С концентрация ароматических веществ малой
© Проблемы энергетики, 2013, № 9-10
Выводы
цикличности (1-2 цикла) увеличивается вследствие процессов разложения молекул с большей цикличностью (3 цикла и более).
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ проект № 14-08-00716 а, а также Минобрнауки России (госбюджетная НИР № 7.4325.2011).
Summary
Aging features of olive oil have been studied by UV spectroscopy. Comparison with mineral oil has been made.
Key: transformer oil, olive oil.
Литература
1. Goedde G. Dielectric Fluid for use in Power Distribution Equipment / Goedde G., Gauger G., Lapp J., Yerges A. // Patent US 5766517 , June 16. 1998.
2. Менахин Л.П. Электроизоляционная жидкая композиция на основе растительного масла / Л.П.Менахин, Ю.В.Торшин, В.А.Шарковский // Патент РФ 2009132649/09 , 01.09.2009
3. Kozlov V. Transformer oil and modern physics/Kozlov V., Turanov A // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2012. Vol. 19. Issue 5. p. 1485.
4. Нурмухаметов Р.Н. Поглощение и люминесценция ароматических соединений. М.: Химия, 1971.
216 с.
Поступила в редакцию 01 октября 2013 г.
Гафиятуллин Линар Гадилович - аспирант, лаб. МРС Казанского физико-технического института КазНЦ РАН. Тел: 8(432)927370. E-mail : mon_gol@mail.ru.
Козлов Владимир Константинович - д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(435)194271. E-mail: kozlov_vk@bk.ru.
Биккиняева Юлия Камильевна - аспирант кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(435)194272. E-mail: beautiful_nut@mail.ru.
Туранов Александр Николаевич - канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел: 8(435)194272. E-mail: sasha_turanov@rambler.ru.
© Проблемы энергетики, 2013, № 9-10
