CN101470098B - 一种测定油品中二茂铁及其衍生物含量的方法 - Google Patents

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一种测定油品中二茂铁及其衍生物的包括将待测油品样品加入支持电解液中,所述支持电解液中的电解质选自高氯酸的碱金属盐、磷酸盐和硼酸盐中的一种或几种,溶剂为乙腈和芳烃的混合物,所述芳烃为甲苯和/或二甲苯;对加入待测油品样品的支持电解液进行伏安扫描,根据扫描过程中出现的特征峰位置和特征峰的峰电流值确定油样中二茂铁或其衍生物的含量。本发明提供的方法所使用的支持电解液能够与待测油品充分地混合,然后通过伏安扫描测定混合物中二茂铁及其衍生物的含量,并最终计算出油品中二茂铁及其衍生物的含量。

Description

一种测定油品中二茂铁及其衍生物含量的方法
技术领域
本发明是关于一种测定二茂铁及其衍生物含量的方法,更具体地是关于一种测定油品中二茂铁及其衍生物含量的方法。
背景技术
二环戊烯合铁又名二茂铁[(C5H5)2Fe],是一种橙黄色针状或粉末状结晶物,具有类似樟脑的气味,毒性很小,熔点为173-174℃,沸点为249℃,100℃以上能升华,不溶于水,能溶于有机溶剂,具有高度热稳定性和耐辐射性,化学性质与芳香族化合物相似,不易发生加成反应,易发生取代反应。二茂铁用途广泛,作为燃料助燃剂添加到固体燃料、液体燃料中,能起到明显的消烟、助燃和节省燃料的作用。车用柴油中加入0.1%的二茂铁,可节约燃料油10-14%,尾气中的烟度下降30-80‰。二茂铁可以提高汽油的抗爆性,在汽油中加入0.0166-0.0332g/L的二茂铁和0.05-0.1g/L乙酸叔丁酯,辛烷值可增加4.5-6个单位。许多新型燃料和节能燃料都用二茂铁作为添加组分,也用二茂铁的衍生物作燃料添加剂。但有人指出二茂铁会对气缸有损伤(袁晓东,刘治中,何占航.汽油抗爆剂发展的几点思考.石油商技,2000,18(5):10-13),并且目前无铅汽油国标规定不准人为加入铁元素。基于正负两方面的考虑,为确定二茂铁在油品中的含量,需要建立一种能够快速、准确测定油品(如汽油或柴油)中二茂铁含量的方法。
通常用原子光谱法测定二茂铁,具体过程是先使含有二茂铁的油品灰化使二茂铁中的铁变成铁离子然后进行测定。但在灰化燃烧的过程中二茂铁易于升华,造成结果偏低。也有人用微乳进样原子吸收光谱法测定汽油中的二茂铁,微乳体系由汽油、十二烷基硫酸钠、丁醇和水混合摇匀后制得,然后在原子吸收分光光度计上进样测定(魏琴,杜斌,杜宗华.微乳进样火焰原子吸收光谱法测定汽油中的二茂铁.分析化学,1994,22(9):971)。该方法直接用微乳进样,不需复杂的预处理,但测得的是铁元素的含量,而不单是以二茂铁形态存在的铁含量,因此测定结果也不准确。
有人还提出利用伏安法来测定二茂铁的含量(Bond A.M.,Henderson T.L.E.,Mann D.R.et al.Fast electron transfer rate for the oxidation of ferrocene inacetonitrile or dichloromethane at platinum disk ultramicroelectrodes.Analyticalchemistry,1988,60:1878-1882),伏安法的原理是在一定的电位范围内扫描,当到某一特定电位值时,待测物在电极上发生氧化还原反应,电极回路有电流流过产生电信号,所获电信号正比于组分浓度,利用此比例关系可以测定待测物的含量。通常电分析仪器简单,操作方便,测定迅速。二茂铁有良好的电化学性质,可经受可逆的单电子氧化,在有机溶剂中即能发生电化学反应,因此可以直接将油品溶解在有机溶剂中用伏安法测定其中二茂铁的含量。在上述方法中,将高氯酸四乙铵和高氯酸四丁铵分别加入到乙腈和二氯甲烷中作为支持电解液。利用伏安法可以准确快速地测定出样品中的二茂铁含量,但是上述方法并不适用于测定油品中的二茂铁及其衍生物的含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够快速准确地测定油品中二茂铁及其衍生物含量的方法。
我们发现,现有的伏安法不适用于测定油品中的二茂铁及其衍生物含量的原因在于,将高氯酸四乙铵和高氯酸四丁铵分别加入到乙腈和二氯甲烷中作为支持电解液,乙腈和二氯甲烷与油品如汽油或柴油不能互溶,无法将支持电解液和油品充分地混合,从而不能准确地测定油品中的二茂铁及其衍生物。
本发明提供的测定油品中二茂铁及其衍生物的方法包括将待测油品样品加入支持电解液中,所述支持电解液中的电解质选自高氯酸的碱金属盐、磷酸盐和硼酸盐中的一种或几种,溶剂为乙腈和芳烃的混合物,所述芳烃为甲苯和/或二甲苯;对加入油样的支持电解液进行伏安扫描,根据扫描过程中出现的特征峰位置和特征峰的峰电流值确定油样中二茂铁或其衍生物的含量。
本发明方法所使用的支持电解液能够与待测油品充分地混合,然后通过伏安扫描测定混合物中二茂铁及其衍生物的含量,并最终计算出油品中二茂铁及其衍生物的含量。
附图说明
图1为二茂铁的伏安扫描曲线图;
图2为乙基二茂铁的伏安扫描曲线图;
图3为乙酰基二茂铁的伏安扫描曲线图;
图4为二茂铁的浓度测定标准曲线图;
图5为乙基二茂铁的浓度测定标准曲线图;
图6为乙酰基二茂铁的浓度测定标准曲线图。
具体实施方式
本发明方法用乙腈和芳烃的混合物作为溶剂配制支持电解液,电解质选自高氯酸的碱金属盐、磷酸盐和硼酸盐中的一种或几种,对加入油样的支持电解液进行伏安扫描,根据扫描过程中出现的特征峰位置和特征峰的峰电流值确定油样中二茂铁或其衍生物的含量。
所述电解质在支持电解液中的浓度为0.01-0.20摩尔/升,优选为0.02-0.10摩尔/升。所述高氯酸盐优选为碱金属的高氯酸盐,例如高氯酸钠和/或高氯酸钾,磷酸盐优选为六氟磷酸四丁基铵,硼酸盐优选为四氟硼酸四乙基铵。
所述支持电解液中乙腈与芳烃的体积比可以为1∶0.2-5.0,优选为1∶0.3-3.0。所述芳烃可以为甲苯和/或二甲苯,当芳烃为甲苯和二甲苯时,甲苯和二甲苯的体积比可以为1∶0.1-10。
所述支持电解液与待测油品的体积比可以为1∶0.002-2。当待测油品为汽油时,支持电解液与汽油的体积比优选为1∶0.002-2;当待测油品为柴油时,支持电解液与柴油的体积比优选为1∶0.005-0.2。
由于二茂铁及其衍生物具有不同的取代基,因此峰位置,即特征峰所对应的电压值不同,如图1所示,二茂铁的峰位置为0.40伏;如图2所示,乙基二茂铁的峰位置为0.32伏;如图3所示,乙酰基二茂铁的峰位置为0.65伏。图1、图2和图3所示的伏安扫描曲线图的制作过程在实施例2和3中详细描述。
另外,从图1、图2和图3中可以看出,峰电流的大小与二茂铁或其衍生物的含量有关,二茂铁或其衍生物的含量越大,峰电流越大。因此,可以根据峰位置定性地判断二茂铁衍生物的种类,根据峰电流的大小定量地判断其含量。
油样中二茂铁或其衍生物的含量由其伏安扫描特征峰峰电流值在二茂铁或其衍生物的浓度测定标准曲线上所对应的浓度值确定。
所述标准曲线可以通过对多个二茂铁或其衍生物含量不同的标准样品进行伏安扫描,然后根据不同含量标准样品特征峰的峰电流的大小而绘制的。例如,将二茂铁或其衍生物加入到油品中得到多个标准样品,各标准样品中的二茂铁或其衍生物的种类和含量已知,分别对多个标准样品在支持电解液中进行伏安扫描,得到不同含量标准样品特征峰的峰电流的大小。在支持电解液中该标准曲线的线性范围优选为2.5-50mg/L。
所述伏安扫描的方法为微分脉冲伏安法,所述伏安扫描所使用的是三电极体系,三电极体系的工作电极为玻碳电极、参比电极为Ag/AgCl电极、辅助电极为铂电极,扫描的起止电压是0.1-0.8V。
本发明的方法可以用于测定油品中的二茂铁及其衍生物的含量。例如,所述的二茂铁衍生物为乙基二茂铁和/或乙酰基二茂铁。
下面通过实施例来更详细地描述本发明,但本发明并不限于此。
实施例中所用伏安极谱仪为瑞士万通公司生产,型号797VAComputrace,其三电极体系包括工作电极玻碳电极、参比电极Ag/AgCl电极、辅助电极铂电极。实施例中选用的样品测定模式为微分脉冲伏安法,操作条件为:扫描起止电压:0.1-0.8V,脉冲高度:0.03V,脉冲时间:0.04s,电位阶跃:0.006V,阶跃时间:0.12s,扫描速度:0.05(V/s)。实施例中的标准曲线是在一定的测定体系中绘制的,当支持电解液或仪器的测定条件变化时需重新制作标准曲线。用标准曲线法测定样品时,所用支持电解液和仪器的测定条件应与绘制标准曲线时的一致。
                         实施例1
本实施例选择合适的电解质。
取适量的四氟硼酸四乙基铵、六氟磷酸四丁基铵、高氯酸钠、高氯酸锂为电解质,分别溶解在乙腈和芳烃的混合溶剂中,配制成摩尔浓度均为0.02mol/L的支持电解液。取10ml支持电解液,向其中加入0.05ml的二茂铁配制成标准样品,用高纯氮除氧300s,用伏安极谱仪对配制的标准样品进行扫描,在不同电解质和溶剂配制的支持电解液中测定的二茂铁氧化特征峰出峰情况见表1。
由表1可知,在不同电解质和溶剂形成的支持电解液中,二茂铁都有一定的电化学氧化特征峰,且特征峰的位置相同,其中高氯酸钠作为电解质时所得的特征峰峰高值较大。
表1
Figure 2007103043598A00800011
                         实施例2
本实施例制作二茂铁溶液的伏安扫描曲线。
将二茂铁溶于石油醚配成1g/L的标准溶液。将高氯酸钠溶解在乙腈/甲苯=1∶1(体积比)的混合溶剂中,制得浓度为0.02mol/L的支持电解液。取支持电解液10ml,用高纯氮除氧300秒,加入配制的标准溶液50μl,用伏安极谱仪对加入标准溶液的支持电解液进行扫描并记录谱图,然后再分3次向支持电解液加入标准溶液,每次加入量为50μl,每次添加标准溶液后都扫描记录谱图,得到如图1所示二茂铁的伏安扫描曲线。由图1可知,含不同浓度二茂铁的支持电解液均有较明显的特征峰,并且二茂铁浓度与特征峰峰高存在线性关系。
                        实施例3
按实施例2的方法分别配制乙基二茂铁的石油醚溶液和乙酰基二茂铁的石油醚溶液,并加入支持电解液制作伏安扫描曲线,得到的乙基二茂铁的伏安扫描曲线见图2,乙酰基二茂铁的伏安扫描曲线见图3。
图2和图3显示,乙基二茂铁溶液和乙酰基二茂铁溶液的浓度也与其伏安扫描曲线的特征峰峰高存在良好的线性关系。
                        实施例4
本实施例制作二茂铁浓度测定的标准曲线。
取适量二茂铁溶于石油醚中配成1g/L的标准溶液。将一定量高氯酸钠溶解在乙腈/甲苯=1∶1(体积比)的混合溶液中,制得浓度为0.02mol/L的支持电解液。取10ml上述支持电解液,用高纯氮除氧300s,采用逐次加入并记录峰电流与浓度关系的方法制作标准曲线。具体操作方法为:往支持电解液中先后加入二茂铁标准溶液2次,每次加量25μl,再相继加入二茂铁的标准溶液9次,每次加量为50μl,每次加入二茂铁标准溶液后,均对支持电解液进行伏安扫描,并记录峰电流值,结果显示在0.4V处均有二茂铁的特征峰,以扫描峰电流值为纵坐标,二茂铁在被测的支持电解液中的浓度为横坐标做图,如图4所示。由图4可知,所得曲线的线性相关系数(R2)为0.9996。
                        实施例5
按照实施例4的方法分别制作乙基二茂铁、乙酰基二茂铁浓度测定的标准曲线,乙基二茂铁浓度测定的标准曲线见图5,其线性相关系数为0.9994;乙酰基二茂铁浓度测定的标准曲线见图6,其线性相关系数为0.9992。
                        实施例6
本实施例用本发明方法测定汽油中二茂铁的含量。
将二茂铁加入到汽油中,采用逐级稀释方法配得二茂铁含量分别为6.260g/L、0.0312g/L的汽油样品。取10ml按实施例4方法配制的支持电解液,用高纯氮除氧300s,向其中加入一定量含二茂铁的汽油样品,具体是当样品二茂铁含量大于1g/L时加样量为0.1ml,当样品二茂铁含量小于1g/L时加样量为1ml。用伏安极谱仪对加入汽油样品的支持电解液进行扫描并记录峰电流值,在图4所示的标准曲线上找出峰电流值所对应的浓度值,按下式计算汽油样品中二茂铁的浓度值,再重复测试四次,结果见表2。
C0=C1×(V0+10)÷V0
式中C0为汽油样品中二茂铁的浓度(g/L);
V0为加入到支持电解液中的汽油体积(mL);
C1为标准曲线所对应的浓度值(g/L);
由表2可知,测定的汽油样品中二茂铁的浓度与理论值很接近,说明本发明方法的准确性较高。此外,相对标准偏差≤2.71%,说明本发明方法有较好的精密度。表2中回收率为样品实测值与理论值的比值。
                        实施例7
本实施例用本发明方法测定柴油中二茂铁的含量。
将二茂铁加入到柴油中,采用逐级稀释方法配得二茂铁含量分别为3.580g/L、0.1074g/L、0.0358g/L的柴油样品。取10ml按实例4方法配制的支持电解液,用高纯氮除氧300s,向其中加入一定量含二茂铁的柴油样品,具体是当样品二茂铁含量大于1g/L时加样量为0.1ml,当样品二茂铁含量小于1g/L时加样量为1ml。用伏安极谱仪对加入柴油样品的支持电解液进行扫描并记录峰电流值,在图4所示的标准曲线上找出峰电流值所对应的浓度值,按下式计算二茂铁的浓度值,再重复测试四次,结果见表2。
C0=C1×(V0+10)÷V0
式中C0为柴油样品中二茂铁的浓度(g/L);
V0为加入到支持电解液中的柴油体积(mL);
C1为标准曲线所对应的浓度值(g/L);
由表2可知,测定的柴油样品中二茂铁的浓度值与理论值很接近,说明本发明的测定方法的准确性较高。此外,相对标准偏差≤3.90%,说明本发明的方法有较好的精密度。
表2
Figure 2007103043598A00800021
                        实施例8
本实施例说明本发明方法测定油品中二茂铁及衍生物含量的适用性。
将二茂铁或其衍生物加入到不同种类的汽油和柴油中,采用逐级稀释的方法配得二茂铁或其衍生物含量为100mg/L的待测样品。取10ml按实施例4方法配制的支持电解液,用高纯氮除氧300s,向其中加入1ml的含二茂铁或其衍生物的待测样品,用伏安极谱仪对加入待测样品的支持电解液进行扫描并记录峰电流值,重复测定三次取平均值,按实施例5或6的方法计算待测样品中二茂铁或其衍生物的浓度,结果见表3,其中乙基二茂铁扫描峰电流值所对应的浓度值由图5给出,乙酰基二茂铁扫描峰电流值所对应的浓度值由图6给出。
由表3可知,本发明方法适用于不同种类的汽油和柴油中二茂铁及其衍生物的测定,不同种类的油品对测定没有干扰,并且回收率>96%。说明本方法有较好的适用性。
表3
Figure 2007103043598A00800031

Claims (10)

1.一种测定油品中二茂铁或其衍生物含量的方法,包括将待测油品样品加入支持电解液中,所述支持电解液中的电解质选自高氯酸的碱金属盐、磷酸盐和硼酸盐中的一种或几种,所述磷酸盐为六氟磷酸四丁基铵,所述硼酸盐为四氟硼酸四乙基铵,溶剂为乙腈和芳烃的混合物,所述芳烃为甲苯和/或二甲苯;对加入待测油品样品的支持电解液进行伏安扫描,根据扫描过程中出现的特征峰位置和特征峰的峰电流值确定油样中二茂铁或其衍生物的含量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,高氯酸的碱金属盐为高氯酸钠和/或高氯酸钾。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,电解质在所述支持电解液中的浓度为0.02-0.1摩尔/升,乙腈与芳烃的体积比为1:0.3-3。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述待测油品样品与支持电解液的体积比为0.002-2:1。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,待测油品样品为柴油时,柴油与支持电解液的体积比为0.005-0.2:1。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,油样中二茂铁或其衍生物的含量由其伏安扫描特征峰峰电流值在二茂铁或其衍生物的浓度测定标准曲线上所对应的浓度值确定。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述标准曲线是通过对多个二茂铁或其衍生物含量不同的标准样品进行伏安扫描,然后根据不同含量标准样品的特征峰的峰电流的大小而绘制的。
8.根据权利要求1、6或7所述的方法,其中,所述的伏安扫描用的是三电极测定体系,该三电极测定体系的工作电极为玻碳电极、参比电极为Ag/AgCl电极、辅助电极为铂电极,所用的伏安测定模式为微分脉冲伏安法,扫描起止电压为0.1-0.8伏。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述二茂铁衍生物为乙基二茂铁或乙酰基二茂铁。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述油品为汽油或柴油。
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