Способ определения количества присадки детерсол-140 в моторных маслах для автомобильной техники
Владельцы патента RU 2304281:
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей-ГосНИИ по химмотологии) (RU)
Изобретение относится к области контроля качества моторных масел с помощью оптических средств, в частности к определению присадок в моторных маслах. Способ включает отбор пробы, измерение оптической плотности на полосах поглощения 1604 и 2000 см-1 при спектрофотометрировании и последующий расчет концентрации присадки по экспериментально-полученной зависимости. Достигается расширение номенклатуры определяемых при помощи ИК-спектроскопии присадок для моторных масел, а также - возможность идентификации только присадки Детерсол-140 и определения только ее количества, а не суммарного содержания всех присутствующих в моторном масле присадок. 2 табл.
Изобретение относится к области контроля качества моторных масел с помощью оптических средств, в частности к способам определения количественного состава, преимущественно для определения присадок в моторных маслах, и может найти применение в аналитических лабораториях, лабораториях нефтеперерабатывающих заводов, криминалистике.
В связи с тем, что в современных двигателях внутреннего сгорания автомобильной техники появились более напряженные условия, чем ранее (высокое форсирование, тяжелая нагруженность и т.д.), к моторным маслам предъявляются жесткие требования по их эксплуатационным свойствам, для обеспечения которых в моторное масло добавляют определенное количество различных функциональных присадок (антиокислительные, моюще-диспергирующие и т.д.). При снижении концентрации присадки падает уровень качества масла.
Определение не только наличия, но и количества присадок является важной задачей, так как они определяют надежность эксплуатации двигателя. Одной из присадок, улучшающих моюще-диспергирующие свойства моторного масла, является Детерсол-140, количество которой в масле должно быть от 2 до 3, 5 мас.%. Присадка Детерсол-140 представляет собой раствор карбонатированного алкилсалицилата кальция, полученного обработкой алкилсалицилата кальция газообразным диоксидом углерода в присутствии промотора и избыточного (против стехеометрии) количества гидроксида кальция. (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник / И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др.; под ред. В.М.Школьникова. Изд. 2-е. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999 с.450-451).
Перед авторами стояла задача разработать способ определения количества присадки Детерсол-140 в моторных маслах для автомобильной техники. При просмотре патентной информации и научно-технической литературы было выявлено следующее.
Известен способ определения присадок в маслах по величине «щелочного числа», включающий потенциометрическое титрование спиртовым раствором гидроокиси калия (ГОСТ 11362-96. Нефтепродукты и смазочные материалы. Число нейтрализации. Метод потенциометрического титрования).
Недостатками этого способа является то, что присадки определяют не деференцированно, а суммарно, причем об их содержании судят косвенно, исходя из того, что чем выше щелочное число, тем выше концентрация присадок.
Известен также способ определения активных элементов (бария, кальция и цинка), входящих в состав присадок к маслам в виде солей металлов, включающий разложение солей металлов соляной кислотой и комплексонометрическое оттитровывание бария, кальция и цинка (ГОСТ13538-68 Присадки и масла с присадками. Метод определения бария, кальция и цинка комплексонометрическим титрованием).
Недостатком данного способа является то, что определяют только активные элементы присадок, тогда как присадки состоят еще и из органической части (например, карбонатированные алкилсалицилаты).
Известно, что все алкилсалицилаты в ИК-спектре характеризуются наличием полосы поглощения в диапазоне 1640-1530 см-1 (Казицина Л.А., Куплетская М.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР спектроскопии в органической химии. М.: МГУ им. Ломоносова, Химфак. 1968, с.105). Учитывая то, что Детерсол-140 в своем составе содержит карбонатированный алкилсалицилат кальция, авторы при исследовании качества моторных масел с этой присадкой выявили для нее полосу поглощения 1604 см-1, находящуюся в известном диапазоне.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является ИК-спектроскопический способ определения содержания полиалкилметакрилатов в депрессорных присадках к нефтепродуктам, включающий приготовление образцов с известным отношением полимера, мономера и дизельного топлива, содержание которого во всех искусственных смесях составляет 50 мас.%.
ИК-спектр анализируемого образца снимают в области 1850-1050 см-1 и измеряют оптические плотности на полосах 1735 см-1 и 1170 см-1. Проведя базисные линии через точки 1735 см-1 и 1170 см-1 нулевой линии спектра и замерив соответствующие отрезки, вычисляют концентрацию присадки:
СП=6731lgD1735/D1170-85 (для СП от 0 до 60 мас.%) или
СП=2051lgD1735/D1170+18,2 (для СП от 60 до 100 мас.%).
(Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов (нестандартные методики), часть 2, М.:ВНИИНП, 1984, с.285-287).
Недостатком известного способа является ограниченный перечень присадок, определение которых возможно. Кроме того, способ длителен из-за наличия промежуточного расчета оптических плотностей и использования разных числовых коэффициентов при определении концентраций присадки в двух диапазонах.
Технический результат изобретения - расширение номенклатуры определяемых при помощи ИК-спектроскопии присадок для моторных масел.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения количества присадки Детерсол-140 в моторных маслах для автомобильной техники, включающем отбор пробы, спектрофотометрирование, измерение оптической плотности на заданных длинах волн и последующий расчет концентрации присадки по математической зависимости, согласно изобретению при спектрофотометрировании величину оптической плотности замеряют на полосах поглощения 1604 см-1 и 2000 см-1, а концентрацию присадки определяют по следующей зависимости
,
где С - концентрация присадки, мас.%;
ΔD=D1604-D2000, разность оптических плотностей;
D1604 - оптическая плотность полосы поглощения 1604 см-1;
D2000 - оптическая плотность полосы поглощения 2000 см-1;
а=0,1643 постоянный экспериментально полученный коэффициент;
b=0,0225 постоянный экспериментально полученный коэффициент.
Для обоснования отличительного признака были приготовлены образцы, представляющие собой композиции моторного масла с различной концентрацией присадки Детерсол-140 (табл.1).
Все искусственно приготовленные образцы исследуют на ИК-Фурье спектрометре АФ-1 с разрешающей способностью 2 см-1, в диапазоне длин волн от 4000 до 450 см-1 в кювете из KCl толщиной 0,1 мм при температуре 20±2°С образца.
Таблица 1 | |||||
Состав образцов, мас.% | |||||
Компоненты | Образец | ||||
№1 | №2 | №3 | №4 | №5 | |
Присадка Детерсол-140, мас.% | 2 | 2,5 | 3 | 3,5 | 4 |
Моторное масло марки М-6з/10В: | |||||
И-40а, мас.% | 91,5 | 91,0 | 90,5 | 90,0 | 89,5 |
С присадками: | |||||
ДФ-11, мас.% | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
ПМА «Д», мас.% | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
КНД, мас.% | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
Замеряют оптические плотности D1604 и D2000. Полоса поглощения 2000 см-1 берется для определения фона образца. Определяют величину разности оптических плотностей полос поглощения 1604 см-1 и 2000 см-1 для каждого образца. Строят график зависимости разности оптических плотностей от концентрации присадки. Для присадки Детерсол-140 график зависимости разности оптических плотностей от ее концентрации имеет вид прямой и может быть представлен уравнением: ΔD=a+bC, где ΔD=D1604-D2000. Путем математической обработки экспериментальных данных авторы получили значения постоянных коэффициентов: а=0,1643; b=0,0225, что позволило получить формулу расчета концентрации присадки Детерсол-140 в моторном масле:
Подставив численные значения постоянных коэффициентов «a» и «b» определяют концентрацию присадки в моторном масле.
Полученные данные хорошо согласуется с законом Бугера - Ламберта - Бера, выражающим связь оптической плотности и концентрации поглощающего вещества (Казицина Л.А., Куплетская М.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР спектроскопии в органической химии. М.: МГУ им. Ломоносова, Химфак. 1968, с.10).
Определив характерную полосу поглощения 1604 см-1 присадки Детерсол-140 и получив математическую зависимость ее концентрации от разности оптических плотностей, авторы исследовали пробы моторного масла марки М-6з/10-В, в которые вводили присадку Детерсол-140 в определенном количестве образцы №№6, 7, 8 (навеску присадки взвешивали на весах ВЛР-200 с ценой деления 0,05 мг, обеспечивающих погрешность измерения 0,010 мг). Результаты представлены в табл.2.
Таблица 2 | ||||
Результаты исследования проб моторного масла М-6з/10-В с введенной присадкой Детерсол-140. | ||||
Проба моторного масла | №6 | №7 | №8 | |
Концентрация моторного масла М-6з/10-В, мас.% | 97,9575 | 96,9605 | 95,9562 | |
Концентрация присадки Детерсол-140 в пробе, мас.% | 2,0425 | 3,0395 | 4,0438 | |
Замеряемые параметры | D1604 | 0,261 | 0,282 | 0,308 |
D2000 | 0,050 | 0,051 | 0,052 | |
Задаваемые параметры | а | 0,1643 | ||
b | 0,0225 | |||
Расчетные параметры | ΔD | 0,211 | 0,231 | 0,256 |
С, мас.% | 2,0755 | 2,9644 | 4,0755 |
Полученные значения концентрации заявляемым способом обеспечивают необходимую точность измерения концентрации присадки Детерсол-140. Отклонения концентрации присадки находится в пределах допустимой нормы.
Таким образом, изобретение расширяет номенклатуру определяемых при помощи ИК-спектроскопии присадок для моторных масел и позволяет идентифицировать только присадку Детерсол-140 в моторных маслах для автомобильной техники и определять ее количество, а не суммарное содержание всех присутствующих в моторном масле присадок, и не ее активные элементы. Учитывая, что на эксплуатационные свойства присадки в моторном масле влияет не только содержание активных элементов, но и органическая часть присадки (алкилсалицилат), содержание которой ранее не учитывалось, то для оценки эксплуатационных свойств моторных масел, содержащих присадку Детерсол-140, изобретение является актуальным.
Способ определения количества присадки Детерсол-140 в моторных маслах для автомобильной техники, включающий отбор пробы, спектрофотометрирование, измерение оптической плотности на определенных длинах волн и последующий расчет концентрации присадки по математической зависимости, отличающийся тем, что при спектрофотометрировании замеряют величину оптической плотности на полосах поглощения 1604 см-1 и 2000 см-1, а концентрацию присадки рассчитывают по следующей зависимости:
,
где С - концентрация присадки, мас.%;
ΔD=D1604-D2000, разность оптических плотностей;
D1604 - оптическая плотность полосы поглощения 1604 см-1;
D2000 - оптическая плотность полосы поглощения 2000 см-1;
а=0,1643 постоянный экспериментально полученный коэффициент;
b=0,0225 постоянный экспериментально полученный коэффициент.