Analysis of PIONA composition in finished motor gasoline by GC-VUV

Význam tématu

Analýza složení PIONA (parafiny, isoparafiny, olefiny, naftény, aromáty) v hotových motorových benzinech je klíčová pro optimalizaci rafinačních procesů, zajištění kvality paliva a plnění environmentálních norem. Detailní znalost procentuálního zastoupení jednotlivých skupin uhlovodíků pomáhá v rozhodování o výrobcích a v optimalizaci směsí pro motory s vnitřním spalováním.

Cíle a přehled studie

V práci byl cíleně vyvinut rychlý a spolehlivý postup pro kvantifikaci všech PIONA složek v hotovém benzinu pomocí plynové chromatografie s vakuově ultravialovým spektrem (GC-VUV). Metoda má zkrátit dobu analýzy, snížit požadavky na separaci a zvýšit opakovatelnost výsledků oproti tradičním GC-DHA postupům.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatograf: Shimadzu Nexis GC-2030 se VUV detektorem VGA-101.
• Metoda: standard ASTM D8071 (GC-VUV), s využitím softwaru VUVision pro identifikaci a VUVAnalyze pro automatickou dekonvoluci časových intervalů (TID).
• Kolona: SH-Rtx-1, 30 m × 0,25 mm × 0,25 μm; program teplot: 35 °C (10 min) → 200 °C při 7 °C/min.
• Podmínky: injektor 250 °C, split 300:1, objem 1 μL; přenosová a pracovní teplota 275 °C; rozsah spektra 125–430 nm, frekvence 4 Hz; průtok 1 mL/min.

Hlavní výsledky a diskuse

• Celková doba analýzy všech PIONA složek: 33 min.
• Úspěšná identifikace a oddělení koelujících látek (např. benzenu/1-methylcyklopentenu, toluenu/2,3,3-trimethylpentanu) díky TID dekonvoluci na základě unikátních VUV spektrálních otisků.
• Rozsahy zastoupení skupin ve vzorku 95oktánu: parafiny 6−17 %, isoparafiny 24−70 %, olefiny 0,1−16 %, cykloalkany 1−14 %, aromáty 16−58 %.
• Opakovatelnost: RSD < 1 % pro hmotnostní i objemové frakce (n=5).

Přínosy a praktické využití

• Rychlá a spolehlivá kvantifikace PIONA bez nutnosti předúpravy nebo předkolony.
• Zvýšená propustnost laboratoře při zachování přesnosti a validity výsledků.
• Možnost nasazení v kontrolních linkách rafinerií, laboratořích kvality paliv a v regulatorních testech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektrální databáze VUV pro další složitější paliva a biokomponenty.
• Integrace automatizovaných vzorkovačů a online monitoringu složení paliv během výroby.
• Kombinace GC-VUV s dalšími detektory (MS, FT-IR) pro ještě vyšší selektivitu.

Závěr

Navržená metoda GC-VUV splňuje požadavky ASTM D8071 a umožňuje analyzovat kompletní PIONA složení v hotovém motorovém benzinu za 33 min s vysokou opakovatelností (RSD < 1 %). Využitím spektrální dekonvoluce TID je možné efektivně separovat koeluce, což zvyšuje kvalitu kvantifikace. Metoda je vhodná pro rutinní kontroly kvality i výzkumné aplikace v oblasti palivové analýzy.

Reference

• ASTM D8071: Standard Test Method for Determination of Hydrocarbon Group Types and Select Hydrocarbon and Oxygenate Compounds in Automotive Spark-Ignition Engine Fuel Using GC-VUV.
• ASTM D5134, D6729, D6730, D6733: Metody pro detailed hydrocarbon analysis (DHA).
• SH/T0714: Čínská průmyslová norma pro DHA benzinu.
• Shimadzu Corporation: Application Note SGC-ADS-0190, First Edition April 2021.