武英英 許恒庭 陳 莉 吳 宏 劉維麗

非分散紅外法測定增壓輸送管路表面殘留油脂含量

武英英 許恒庭 陳 莉 吳 宏 劉維麗

（上海航天精密機械研究所，上海 201600）

建立了以非分散紅外法測定水中油類物質(zhì)方法為依據(jù)，結(jié)合增壓輸送管路實際特征，測定增壓輸送管路表面殘留油脂含量的方法，并研究了其可行性。用脫脂棉球蘸取萃取劑六氯四氟丁烷擦拭增壓輸送管路表面，擠出樣液至容量瓶中，后定容至50ml，以濃度為200mg/L的B重油標液做量程校準溶液，六氯四氟丁烷萃取劑做零點校準溶液，測試樣品，根據(jù)測試結(jié)果評價產(chǎn)品表面清潔度，并在測試后用氧化鋁、活性炭回收萃取劑，減少對環(huán)境負擔。測得該方法檢出限為0.04mg/L，測得空白加標回收率為85.6%～95.8%，試驗結(jié)果驗證了本方法的可行性。

紅外法；增壓輸送管路；殘留油脂；可行性

1 引言

航天產(chǎn)品發(fā)動機增壓輸送系統(tǒng)管路（包括液氧輸送管、增壓管、排氣管等）作為液氧燃料輸送系統(tǒng)，工作時與氧充分接觸，而增壓輸送管路制造工藝中涉及多道工序，加工及轉(zhuǎn)運過程中可能引入油類物質(zhì)，隨著型號產(chǎn)品對表面多余物的控制要求日趨嚴格，對該類管路表面提出除油脫脂要求，除油脫脂后實驗室含油量檢測將作為增壓輸送系統(tǒng)除油脫脂效果日常監(jiān)測的必要手段。

非分散紅外分光光度法，穩(wěn)定性好，靈敏度較高，測定結(jié)果受標準油品及樣品中油品影響小，根據(jù)油類由烴類組成的原理，油分中的（-CH2-）、（CH3-）等在波長3100～2800cm-1附近會因烴類特有的伸縮振動產(chǎn)生吸收峰，通過計算上述波長范圍內(nèi)的紅外線吸收情況可得到油分濃度[1～3]。

2 實驗材料及方法

2.1 主要儀器和試劑

HORIBA OCMA-550油分濃度分析儀；石英比色皿（20mm）；六氯四氟丁烷（S-316），HORIBA公司自制，萃取劑；B重油量程校準標液：200mg/L，取50.0mg的B重油于250mL容量瓶中，用S-316定容至250mL并搖勻，使用時稀釋到所需濃度即可；玻璃漏斗、100mL燒杯、50ml磨口瓶、250ml容量瓶、滴管、微升注射器、脫脂紗布。

2.2 試驗方法

2.2.1 取樣

以氧導管為例，在通風環(huán)境下操作人員在脫脂處理后的管路內(nèi)表面上取樣，每部分至少取三處，將50ml萃取劑S-316倒入燒杯中備用，用脫脂紗布浸泡萃取劑S-316后擦拭氧導管內(nèi)表面，同一部位反復擦拭多次，用定量濾紙（攔截顆粒8mm），將擠出的萃取液用玻璃漏斗過濾到50ml的容量瓶中，最后在以少量的萃取劑清洗脫脂紗布，最后定容至50ml，隨后將樣品轉(zhuǎn)移至磨口瓶待測[4]。

2.2.2 校準溶液配制

建議帶測量的油型作為校準油，管路加工過程涉及機加工、焊接、鈑金和表面處理等過程，不確定表面殘余油脂類型，所以選擇具有代表性的石油類標準油品B重油作為校準油。

油標制作，通常按照試樣測定值的2倍濃度制備標液，增壓輸送管路設(shè)計要求含油量≤125mg/mm2，根據(jù)設(shè)計指標要求選擇配制標液濃度200mg/L，幾種常見的量程標液配比見表1。

表1 不同濃度的量程標液配比

2.2.3 測試過程

為減少儀器穩(wěn)定性對基線漂移的影響，開機后至少暖機30min，使用萃取劑S-316作為零點標液測空白樣，預先用萃取劑振蕩洗滌玻璃器具而后比色皿并干燥，用萃取劑清洗濾紙脫除有機物并干燥。取6.5ml萃取劑S-316注入比色皿中，如有氣泡輕搖除去即可，零點校準。

取6.5ml量程標液加入比色皿，選擇量程校準，直至機器頁面穩(wěn)定顯示200mg/L，表示量程校準完成。加入6.5ml待測樣品至比色皿，選擇穩(wěn)定測量，至結(jié)果輸出完成測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 測試方法改進

水質(zhì)中油類物質(zhì)測定方法[5，6]，即樣品為水樣，萃取后測定，而增壓輸送管路為大型零組件，浸泡不可行，改用直接在管路表面用萃取劑擦拭取樣，繼而測定表面殘余油。

另外，標準中規(guī)定萃取劑為使用四氯化碳，對環(huán)境及操作工人危害較大，本實驗中選擇環(huán)保型萃取劑S-316，其在3.4μm至3.5μm附近吸收較少，因此可通過檢測該段波長范圍的紅外線吸收，準確地檢測到經(jīng)過萃取的油分濃度，關(guān)于S-316的紅外吸收譜見圖1[7]。

圖1 S-316萃取劑的紅外吸收譜

3.2 方法檢出限的測定

配置7組濃度為0.5mg/L的低濃度標準油液進行測定，測試結(jié)果見表2。根據(jù)方法檢出限計算依據(jù)=3.14Sb，算得方法檢出限估計值為0.04mg/L，滿足國家標準HJ 637—2012所規(guī)定的油類物質(zhì)檢出限不大于0.04mg/L 的要求，該檢測過程符合實驗室質(zhì)量控制要求。方法檢出限測定的意義在于能夠精準判斷樣品中是否存在濃度高于空白的待測物質(zhì)。

表2 方法檢出限測定 mg/L

3.3 空白加標回收率測定

表3 B重油加標回收率測定（50mg/L重油標品）

分別配置50mg/L和100mg/L重油標品進行加標回收率測定，結(jié)果見表3、表4。

表4 B重油加標回收率測定（100mg/L重油標品）

50mg/L的標品空白加標回收率在85.6%～95.8%之間，100mg/L的空白標品加標回收率在87.9%～95.1%之間；根據(jù)HJ 637—2012中規(guī)定符合目前實驗室質(zhì)量保證和質(zhì)量控制所規(guī)定的空白加標回收率為78%～103%，在實際測試過程中，若空白加標回收率均能控制在85.6%～95.1%之間，則可以保證樣品處于受控狀態(tài)，加標回收率滿足標準要求。使用空白測定是為了控制樣品分析中所使用的玻璃器皿及化學試劑對樣品測定的干擾。

3.4 樣品分析

氧導管取樣位置應(yīng)均勻分布并具有代表性，重點對不易清洗的部位取樣。取樣數(shù)量原則上按照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及體積而定，氧導管為管型規(guī)則樣，可在管上中下各選取3個取樣點，取樣面積不小于100mm2。由于設(shè)計文件要求單位與儀器輸出單位不一致，用取樣量和取樣面積進行換算，取樣面積均為220mm×60mm，取樣量為25mL，測試結(jié)果見表5。

表5 氧導管脫脂樣品有效分析結(jié)果

測試結(jié)果顯示均遠小于產(chǎn)品要求值125mg/m2，考慮降低量程校準溶液濃度，提高測試準確性，在測試過程中出現(xiàn)超標情況，經(jīng)分析為脫脂劑殘留，脫脂劑中含有丙酮，紅外吸收峰與油脂及萃取劑重合導致測量結(jié)果超標，脫脂后吹掃晾干后測試數(shù)據(jù)顯示正常。

4 結(jié)束語

a. 方法檢出限和重油加標回收率測定作為非分散紅外法油類監(jiān)測的質(zhì)量控制手段，如滿足相關(guān)標準要求，證明此方法可行。

b. 標準方法中選擇四氯化碳為常用萃取劑，但在實際使用過程中增壓輸送管路規(guī)格較大，用量較多，由于四氯化碳毒性及破壞臭氧層的缺點，要求替代產(chǎn)品的呼聲很高。S-316的特點為毒性小，萃取率高，蒸汽壓低，不易揮發(fā)，不足之處為價格較為昂貴，取樣過程萃取劑消耗量較大，為降低成本及保護環(huán)境，可使用回收裝置，用活性炭和氧化鋁層作為吸收劑進行廢液高效回收再利用，可大大節(jié)約成本。但注意萃取劑回收率，使用回收后的萃取劑零點校準和量程校準時需排除回收后的萃取劑中殘余油對測量結(jié)果的干擾。

c. 零件脫脂后注意保存，不要用含油的介質(zhì)進行壓力試驗和吹掃。脫脂劑殘留對檢測結(jié)果影響很大，如有殘留，檢測時會導致儀器超標出現(xiàn)報警，注意完全吹掃干凈后再進行取樣。

d. 用紅外法測定增壓輸送管路表面殘余油方法簡單，穩(wěn)定性好，回收廢棄的樣液保護環(huán)境。文中由于產(chǎn)品特殊性選擇直接在產(chǎn)品內(nèi)外表面擦拭取樣而不是水中萃取。

e. 如果已知待測樣的油分類型，可選擇使用該已知油作為標油，測量準確性更高。通常按照試樣測定值的2倍濃度制備標液，在實際操作過程中可根據(jù)測試結(jié)果數(shù)據(jù)積累情況，重新選擇適宜量程標液，提高測試數(shù)據(jù)準確性。

1 張鳳磊，孫煒，丁曉峰. 非色散紅外法在地表水油類測定中的應(yīng)用[J]. 理化檢驗-化學分冊，2004，5(40)：262

2 王毅，何玲. 水中油檢測方法分析及應(yīng)用研究[J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合院報，2012，5(14)：52

3 何晨，劉學蕊，馬少華，等. 非分散紅外法測定廢水中石油類物質(zhì)的影響因素探討[J]. 化學工程師，2012，200(5)：32～33

4 JB/T 6896—2007空氣分離設(shè)備表面清潔度[S]

5 HJ 637—2012 水質(zhì)石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法[S]

6 金紅紅，朱日龍，田耘. 紅外法測定水質(zhì)中油的影響因素分析及方法改進[J]. 黑龍江環(huán)境通報，2015，39(2)：11～14

7 謝爭，徐飛，趙春. S-316提取劑測定水中石油類[J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2002，14(5)：24～25

Determination of Residual Oil Content on Pressurized Supercharged Pipeline Surface by Non-dispersive Infrared Method

Wu Yingying Xu Hengting Chen Li Wu Hong Liu Weili

(Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600)

Based on the non-dispersive infrared method for the determination of oil in water and the actual characteristics of the pressurized pipeline, a method for the determination of residual oil content on the surface of the pressurized pipeline is established and its feasibility is studied. Use absorbent cotton ball dipped in the extracting agent S-316 to wipe the surface of pressurized conveying pipeline, extrude the sample solution into a volumetric bottle, and then constant volume to 50ml, the sample was tested of using B heavy oil standard liquid with a concentration of 200mg/L as the span calibration solution, while using the S-316 extraction agent as the zero-point calibration solution. The surface cleanliness of the product was evaluated according to the test results, and the extraction agent was recovered with alumina and activated carbon after the test to reduce the environmental burden. The detection limit of this method was 0.04mg/L, and the recovery rate of the blank addition was 85.6%～95.8%. The test results verified the feasibility of this method.

infrared method；pressure line；residual oil；feasibility

武英英（1986），工程師，礦物加工工程專業(yè)；研究方向：非金屬性能測試技術(shù)。

2020-01-15