Магистратура / ЛБ6

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление подготовки 18.04.01 «Химическая технология»

Образовательная программа «Химическая инженерия»

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 6

Название работы

Определение состава среднедистиллятных фракций методом высокоэффективной жидкостной хроматографии

По дисциплине

Физико-химические методы анализа

Студент

Группа	ФИО	Подпись	Дата
ХИМ54	Чижова Анастасия Васильевна

Руководитель

Должность	ФИО	Ученая степень, звание	Подпись	Дата
Доцент	Дорожко Е.В.	к.х.н.

Томск – 2025 г.

Цель работы: определить содержание моноароматических углеводородов (МАУ) в среднедистиллятных нефтяных фракций методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по ГОСТ EN 12916-2017.

Объекты исследования: легкий газойль каталитического крекинга вакуумного газойля (фр. 195-340 С), легкий газойль каталитического крекинга смесевого сырья (фр. 195-340 С), легкий газойль процесса коксования (фр. 160-350 С), дизельная фракция процесса гидроочистки вакуумного газойля (фр. 160-350 С)

1. Теоретическая часть

Навеску пробы известной массы разбавляют гептаном и заданный объем полученного раствора вводят в высокоэффективный жидкостный хроматограф, оснащенный полярной колонкой. Данная колонка обладает низким сродством к неароматическим углеводородам, но проявляет высокую селективность по отношению к ароматическим углеводородам. Вследствие указанной селективности ароматические углеводороды отделяются от неароматических углеводородов и разделяются на отдельные зоны в зависимости от числа ароматических колец, т. е. на зоны, соответствующие соединениям МАУ, ДАУ и ПОЛИ-АУ.

Колонка соединена с рефрактометрическим детектором, который детектирует компоненты по мере их элюирования из колонки. Сигнал детектора непрерывно регистрируется системой накопления данных. Амплитуды сигналов, соответствующих ароматическим соединениям в пробе, сравниваются с амплитудами сигналов, полученными при испытании калибровочных стандартных растворов, с целью дальнейшего вычисления массовых долей МАУ, ДАУ и ПОЛИ-АУ в пробе. После того как ароматические соединения элюируются из колонки, ее можно промыть обратным потоком, чтобы элюировались оставшиеся соединения в виде пика обратного потока. Данная процедура позволяет лучше очистить колонку, но следует соблюдать осторожность, так как она может повлиять на срок службы колонки.

2. Практическая часть лабораторной работы

Ход работы:

1. Найти ГОСТ EN 12916-2017.

2. Построить градировочную зависимость для парагексилбензола (93 % чистоты).

3. С каждого отчета необходимо взять площадь под пиком при определенной концентрации, вывести уравнение прямой и коэффициент корреляции.

4. Подобрать степень разведения анализируемого образца.

5. Определить МАУ в анализируемом образце с помощью градуировочной зависимости в %.

В связи с тем, что хроматограф, используемый при анализе, содержит спектрофотометрический детектор, который имеет ограниченную зону чувствительности, необходимо было провести разбавление стандартного образца. Была проведена серия экспериментов по постепенному разбавлению стандартного образца в гептане, чтобы добиться корректных пиков хроматографы при данной длине волны.

C₁V₁ = C₂V₂

0,5 % ∙ V₁ = 0,1 % ∙ 5 мл

V = 1,0 мл (C=0,5 %) => 1,0 + 4,0 мл Гептан

Градуировочные прямые для количественного анализа МАУ и ДАУ, полученные при различных концентрациях градуировочного раствора представлены на рисунке 1-2.

Рисунок 1 – Градуировочная прямая МАУ

Рисунок 2 – Градуировочная прямая ДАУ

Полученные градуировочные прямые имеют достаточный показатель аппроксимации, для того чтобы их использовать при определении содержания ароматических соединений в анализируемых пробах.

В ходе выполнения лабораторной работы использовался хроматограф «Фарма» с короткими колонками, поэтому для получения четкого пика исследуемой группы компонентов для каждой пробы подбиралась необходимая концентрация, не допускающая большой нагрузки на детектор.

Подобранные условия подготовки проб (V=10 мкл):

- для лёгкого газойля каталитического крекинга степень разведения составила 1500;

- для лёгкого газойля каталитического крекинга и ректификации степень разведения составила 1800;

- для компонента дизельное топлива гидрокрекинга степень разведения составила 1700.

Построили и проанализировали хроматографические пики образцов по группе моноароматических компонентов и произвели подсчет концентраций через уравнение состояния, полученное из градуировочного графика (рисунок 3 – 6).

Рисунок 3 – Хроматограмма лёгкого газойля каталитического крекинга НП 2551

Рисунок 4 – Хроматограмма лёгкого газойля каталитического крекинга и ректификации НП 2539

Рисунок 5 – Хроматограмма компонента дизельное топлива гидрокрекинга НП 2576

3. Обработка полученных результатов

Данные результаты рассчитывались по следующему алгоритму:

По полученным градуировочным зависимостям, при помощи эксель определены уравнения, описывающие градуировочную прямую:

S = C ∙ b + a,

Где S – площадь под пиком, мкл∙е.о.п;

С – концентрация, мг/мл;

b – коэффициент наклона прямой;

а – свободный член уравнения прямой;

В уравнения подставлялись значения площадей пиков, и выражались концентрации, затем полученные концентрации домножались на коэффициент разбавления.

m = C∙k,

Где, m – массовая доля в исходной пробе, мас. %;

k – коэффициент разбавления.

Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты определения содержания ароматических соединений в пробах

Название	МАУ, % масс.
НП 2551	0,61620
НП 2539	6,01017
НП 2576	-0,04733

Выводы

Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием полярной колонки и рефрактометрического детектора успешно применён для определения содержания моноароматических углеводородов в среднедистиллятных нефтяных фракциях в соответствии с ГОСТ EN 12916-2017. Проведённая градуировка по стандартному образцу парагексилбензола позволила получить линейные градуировочные зависимости с высокими коэффициентами корреляции, что подтверждает пригодность методики для количественного анализа. Для корректного анализа каждого образца потребовалось индивидуально подобрать степень разведения (от 1500 до 1800 раз) для предотвращения перегрузки детектора и получения четких хроматографических пиков.

Содержание моноароматических углеводородов в исследованных пробах варьируется. В лёгком газойле каталитического крекинга (НП 2551) их содержание составило 0,61620 % масс., что указывает на низкое содержание ароматики. В образце лёгкого газойля каталитического крекинга и ректификации (НП 2539) зафиксировано более высокое содержание — 6,01017 % масс. Для компонента дизельного топлива гидрокрекинга (НП 2576) расчёт дал отрицательное значение (-0,04733 % масс.), что, вероятно, связано с погрешностью измерений или пределом чувствительности методики при крайне низких концентрациях целевых соединений в данной матрице.

Таким образом, метод ВЭЖХ является эффективным инструментом для анализа ароматических углеводородов в нефтепродуктах, однако работа показала необходимость тщательного подбора условий подготовки проб и интерпретации результатов, особенно для образцов с ожидаемо низким содержанием определяемых компонентов.