CN100350235C - 检测液态烃基质中金属浓度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测液态烃基质中的金属，例如锰的浓度的方法和系统。
Description
技术领域
本发明涉及各种烃基质，例如，汽油和馏出燃料中金属浓度的检测装置和方法。也可以称为工具箱的本发明装置，可以用于检测和定量金属的水平，如烃类基质中0.5-50毫克/升之间金属中的锰。
背景技术
许多金属都会以不同的途径进入可燃性烃类，有些是偶然的，有些是固有的。对这些金属的类型和数量进行监控，可能有利于提高燃烧装置的性能和/或最大限度地减少对装置的损害。
为了某些目的，包括用作火花点火发动机的抗暴剂，锰，例如，以甲基环戊二烯基三羰基锰(“MMT”)的形式被加入到可燃性物质中。MMT是乙基公司为其甲基环戊二烯基三羰基锰燃料添加剂的注册商标。MMT的另一种用途是当作添加剂加入到馏出燃料中，通过对压缩点火(柴油)机和固定燃烧器中燃烧形成的微粒碳进行催化作用，起到烟雾抑制剂的作用。MMT当作燃料添加剂已经使用了多年，最近，由于有了明显的改进，它又受到很多的注意，它可以减少微粒的散发、抑制烟雾、使微粒收集器再生和消除潜在的催化剂中毒现象。燃料供应商和用户对MMT用作燃料添加剂的有效处理速率和成本效益很感兴趣，而且证明，已给予燃料适当的附加价值。
水介质中锰的测定和定量方法可以得自EM Idustries，Inc.，Gibbstown，New Jewey 08027的一个分公司EM SCIENCE提供的“REFLECTOQUANT锰试验法”。这是一种商业上优化的方法，用于通过光学测定水介质中0.5-45毫克/升Mn范围内锰的水平。然而，正如公开文献中所述，这种方法不能完成有机介质中的同样功能。
因此，需要有一种简易、快速且便宜的测定不同烃基质，例如，但不限于，燃料中的金属，包括锰，的存在和数量的方法。
发明内容
这里所给出的实施方案提供了一种检测不同烃基质，例如，汽油、馏出燃料中金属水平的装置。在一个实施方案中，金属是锰。
本文“烃基质”所指的是任何含有化学物质的烃类物质、流体、组合物或混合物。此处的烃基质可包括，例如，但不限于，燃料，如汽油和石油馏出物、柴油机燃料、生物柴油机燃料、煤油、原油、精炼油、润滑油，包括发动机油、传动流体、液压油、航空燃料、切削油、上述油料的提取物、蒸馏塔底物、燃料油和其它烃类基质。
另一个实施方案提供了一种检测各种烃基质，例如汽油、馏出燃料中金属水平的方法。在一个实施方案中，金属是锰。
因此，在此处的一个实施例中提供了一种检测烃基质中是否有金属类的存在和数量的方法，该方法包括(a)使含有有机金属化合物的烃基质与包含能与有机金属化合物起反应的比色敏化剂化学药品的比色检测物质相接触；(b)引起有机金属化合物中的金属与比色敏化剂化学药品之间的充分反应，生成有机金属络合物，和(c)检测是否存在有机金属络合物。
在另一个实施例中提供了一种检测系统、装置或称工具箱，可用于检测含有机锰的烃基质中锰的含量。用于检测烃基质中金属是否存在的检测系统、装置或称工具箱的实例包括比色检测物质，其中至少包含一种能与烃基质中有机金属化合物的金属起反应的比色敏化剂化学物质。
应该理解，前面的一般性叙述和下面将进行的详细描述仅是举例说明而已，如权利要求所述，我们将对本发明做更进一步的说明。
具体实施方式
在一个实施方案的实例中，提供了一种检测烃基质中作为有机金属化合物，如有作为机锰存在的金属是否存在和含量的方法，该方法包括1)将一种比色物质浸渍在含有机金属的烃基质中或与之接触，其中的有机金属化合物中含有一些与金属原子相结合的有机配合基，2)若有必要，对该物质进行加热、化学能量或紫外线光的处理，以便将金属从有机配合基中释放出来并将游离金属沉积在比色检测物质上或沉积在其中或沉积在其结构中，3)若需用敏化剂来达到比色测定，那么，就加入足量(例如，几滴)稀释的(例如，2％-10％)碱性溶液，例如NaOH(试剂No.1)，然后，加入足量的(例如，几滴)含水的稀酸，例如醋酸(例如5％-15％)(试剂No.2)。在一个实施方案中，两种试剂所达到的金属氧化足以使金属与检测物质中或在其上的比色敏化剂发生反应，生成有机金属络合物，使用，例如，”Rqflex”电子比色检测仪(在此也称为“光度计”)对其进行比色检测和定量分析。在一个实例中，该金属是Mn(IV)，而在一个实施方案中，用比色光度计，例如称为“Rqflex”的Merck-分布电子仪来进行比色定量分析。当被检测的物质插入光度计或暴露在其上面时，光度计便会将有机金属络合物的颜色强度转变成浓度读数，然后，该读数便通过电子显示在仪器上。
本文中的“比色检测物质”指的是任何固体物品，例如带材、片材、衬垫、膜、过滤器等，或任何液体组分、溶液、混合物等，其中的物质可以，或含有能够进行比色测定或有利于测定有机金属络合物或其金属是否存在的物质。
本文的“稀释碱性溶液”指的是碱或碱土金属盐的碱性水溶液，包括，例如NaOH、KOH、Ca(OH)2和Mg(OH)2或前体、衍生物或其混合物。
本文的“稀酸”指的是无机酸或有机酸，如HCI、醋酸等的酸性水溶液。
在此处的一个实施方案中，比色检测物质是带材、试剂No.1、试剂No.2，而这里使用的“Rqflex”电子比色检测仪都是可以作为工具箱买到的，其名称为”REFLECTOQUANT锰试验仪”，由EM Idustries，Inc.，Gibbstown，New Jewey 08027的一个分公司EM SCIENCE提供。但是，作为商品提供的“REFLECTOQUANT锰试验仪”工具箱是被优化用于检测水介质中的锰，而对液态烃基质不起作用。通过上述程序中引入步骤1和2，本发明提供了一种用于检测烃介质中锰的工具箱和方法。
本发明某些实施方案的结果如图1所示。标有“实际”字样的数据点相应于用吸移管移入每种燃料(烃基质)中的锰的数量，经计算给出指示的浓度。标有“发明”的曲线的每个数据点是通过本发明方法进行3次测定的平均值。
在一个实施方案中，本发明将有机锰(例如，但不限于MMT)转化成无机形式(Mn II)，并将其从有机相转移到比色检测带材或物质上或在其中的无机基底或基质上，或转移到诸如水溶液等无机组分中。一旦吸附在检测带材的无机基质上或分散在水溶液上，(Mn II)就会被酸/碱试剂氧化成Mn(IV)，形成有机金属络合物，然后用上述方法进行检测和定量分析。
与上述公布的含水方法不同，这个实施方案的方法包括使比色的检测物质与包含诸如锰或铁等金属的烃基质接触或浸入其中，以便分层、吸附或吸收无机检测物质、带材、基底或基质顶部或其中的有机膜。使这种经过处理的检测物质经受充足的能量，例如紫外线辐射的作用，使有机金属化合物(例如，二茂铁和MMT)分解成无机铁或锰，它们将吸附进或分散在无机检测物质中。用试剂1处理，接着用试剂2进行处理，可以将锰(II)氧化成锰(IV)，然后锰(IV)与无机检测物质中的比色指示剂化学药品相结合，形成有机金属络合物。然后，这种络合物可用诸如Rqflex比色电子仪等检测装置进行分析，以便对被分析的烃基质中的锰的浓度进行定量。
用来使有机金属化合物分解的能源也可以是热、化学试剂、声或日光。在一个实施例中，指定了以焦耳/摩尔为单位的波长和强度，以便与吸收有机金属化合物的波长相匹配。
此处一个实施方案的方法，可用于检测和定量用含有添加剂MMT的锰处理过的汽油和柴油机燃料，进行处理的目的是抗爆(汽油)或减低微粒的扩散(馏出燃料)。该方法也可以用于检测任何液态烃基质中的铁、锰或其它金属的浓度。这里所阐明的将有机锰从有机相转变成无机相，以利于通过为无机水介质而开发的方法进行检测和定量的原理，可以延伸至作为有机金属存在于有机介质中的金属元素。除Mn以外，这类元素的例子还包括Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、La、Hf、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Ce和其它过度金属、镧化物和锕化物，这些元素会在水介质中会形成有色的无机化合物。这里可以检测的有机金属化合物的有机部分可以是任何螯合物、络合物、配位基、夹心分子、增溶剂、载体、盐、冠醚、穴状配体、氮杂-冠醚、球形体等。因此，例如二茂铁和MMT的夹心状结构表明了此处可检测的有机金属化合物有机部分的某些实施方案。
在另一个实施方案中，提供了一种装置、系统或工具箱，其中包括可用于完成本文所说检测方法的材料和试剂。因此，另一个实施例包括收集、结合或整合部分或全部上述材料。还有另外一个实施例包括(a)至少一条具有有机配位基的比色检测带，该有机配位基能与某些金属离子粘合或与之键合，形成有机金属络合物，并包含至少一种比色指示剂化学药品，(b)稀碱溶液，例如NaOH的供应源，(c)稀酸溶液的供应源，(d)任选的紫外线辐射源和(e)能够将有机金属络合物的浓度当作颜色强度的函数来进行测定的比色光度计。这里可使用的紫外线光源可包括，例如，日光、荧光灯、白炽灯、紫外线照射灯和其它能在紫外线辐射波长内产生辐射的设备。
本发明的优点包括，但不限于，1)便于在现场快速抽查商用烃燃料中金属添加剂的浓度，2)操作简单，只需少量专门知识，和3)便于携带。
通过对此处所公开的发明说明书和实例的了解，本发明的其它实施方案对本领域的技术人员来说将是明显的。在整篇说明书和权利要求书中所用的”a”和/或”an”可以指的是1或1以上。除非另有说明，所有在说明书和权利要求书中用来表示组分、性质，例如分子量、百分比、比率、反应条件等等数量的数字，应理解为在一切情况下都可以通过“大约”这个词来修改。因此，除非另有相反的说明，说明书和权利要求书中所陈述的数字参数只是个概数，这个概数可根据本发明所要得到的理想性质而改变。最低限度，不是企图限制相当于权利要求范围的条文的应用，每个数字参数至少应通过已报告的数字和常规技术的应用而得到解释。尽管陈述本发明范围的数字范围和参数是个概数，但在特定实施例中所陈述的数值是尽可能精确的。但是，由于各个试验量度上的标准偏差，任何数值本身都会包含一些必然的误差。说明书和实施例只被认为是一种范例而已，本发明的实际范围和精神将由下面的权利要求书指出。
Claims (23)
1.一种检测烃基质中是否存在金属种类的方法，包括
(a)使含有有机金属化合物的烃基质与包含能与有机金属化合物的金属起反应的比色敏化剂化学药品的比色检测物质相接触；
(b)引起有金属化合物中的金属与比色敏化剂化学药品之间的充分反应，生成有机金属络合物，和
(c)检测是否存在有机金属络合物。
2.权利要求1的方法，其中，将检测物质暴露在充足的能量下，使有机金属化合物中的金属至少部分地从所述化合物中释放到检测物质上或进入检测物质中。
3.权利要求2的方法，其中所述的能的形式是热。
4.权利要求2的方法，其中所述的能的形式是声辐射。
5.权利要求2的方法，其中所述的能是由于加入化学药品而引发的化学反应。
6.权利要求2的方法，其中所述的能的形式是紫外线辐射。
7.权利要求2的方法，其中所述的能的形式是日光。
8.权利要求2的方法，其中所述的能是被有机金属化合物吸收而足以分解该化合物的波长和测量单位为焦耳/摩尔的强度的辐射。
9.权利要求1的方法，其中的烃基质选自汽油、石油馏出燃料、煤油、柴油机燃料、生物柴油机燃料、燃料油、原油、精炼油、润滑油、发动机油、传动流体、液压油、航空燃料、切削油和蒸馏塔底物。
10.权利要求1的方法，其中的烃基质是汽油。
11.权利要求1的方法，其中的烃基质是柴油机燃料。
12.权利要求1的方法，其中有机金属化合物的金属选自Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、La、Hf、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Ce、镧系元素和锕系元素。
13.权利要求1的方法，其中由光度计来检测有机金属络合物是否存在。
14.权利要求1的方法，其中，还包括如下步骤：使步骤(b)来的检测物质与一定量的稀碱溶液相结合，使至少一部分有机金属化合物中的金属释出。
15.权利要求14的方法，还包括如下步骤：将碱化的金属与稀酸相结合，使金属氧化成能与比色敏化剂化学药品发生反应的氧化状态。
16.权利要求1的方法，其中的烃基质中有机金属化合物的浓度是通过将有机金属络合物的比色检测的颜色强度转换金属浓度值来测定。
17.权利要求1的方法，其中的有机金属化合物的金属是锰。
18.权利要求16的方法，其中的有机金属化合物是甲基环戊二烯基三羰基锰。
19.权利要求1的方法，其中的烃基质选自汽油、柴油机燃料、生物柴油机燃料、燃料油、工业烃类废料和馏出燃料。
20.一种检测烃基质中是否存在金属的检测系统，该检测系统包括一种比色检测物质，比色检测物质中包括至少一种能与烃基质中有机金属化合物的金属发生反应的比色敏化剂化学药品。
21.权利要求20的检测系统，还包括一种足以从有机金属化合物中释放出有机金属化合物中的金属的辐射源。
22.权利要求20的检测系统，还包括一种通过比色检测金属是否存在的设施。
23.权利要求20的检测系统，还包括一种或多种试剂，该试剂能有效地将有机金属化合物中的金属与至少一种比色敏化剂化学药品结合到一起。
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