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ASTM D4629 resp. DIN 51444에 따른 다양한 유형의 연료 및 연료 혼합물의 질소 함량 분석

Analytik-jena의 'ASTM D4629 resp. DIN 51444에 따른 다양한 유형의 연료 및 연료 혼합물의 질소 함량 분석'을 이용한 응용자료는 어날리틱예나코리아(유)에서 제공하였으며 주요 내용은 다음과 같다.

Introduction
디젤은 원유를 분쇄하는 과정에서 생성되는 끓는점의 범위가 150~390°C로 다양한 탄화수소의 혼합물이다. 경유는 주로 자동차 연료로 쓰이고, 천연 원료 또는 첨가제에서 유래한 유기 결합 염소, 황 및 질소의 흔적을 포함할 수 있다. 연료 연소 중에 이들 화합물은 환경 오염 물질을 형성한다. 이러한 오염물질은 인간의 건강과 환경에 유해하므로, 그 오염물질(N, S, Cl)을 최소한의 상태로 유지해야 한다. 제품 품질을 보장하고 법적 규정 기준을 준수하기 위해서는 영구적인 품질 관리가 필수적이다.

compEAct N은 광범위한 농도 범위에서 질소 함량을 빠르고 문제없이 측정할 수 있도록 최적화된 분석 시스템이다. 촉매가 필요 없는 고온 연소와 고감도 HiPerSens® 검출 기능을 결합하여 동일한 하나의 장비로 15μg/l~10,000mg/l 농도 범위의 질소를 측정할 수 있다.

Materials and Methods

Samples and Reagents
•다양한 연료(Fuel) 시료
•Isooctane(C8H18), Suprasolv®, GR for gas chromatography(Merck Art.-No.: 1.15440.1000)
•Pyridine(C5H5N), GR for analysis(Merck Art.-No.: 1.09728.0100)
•Calibration standard kit Nitrogen(0-25mg/l)
(Analytik Jena, Art.-No.: 402-889.069)

Sample Preparation
시료는 휘발성이 약하고 점도가 낮으며 Ultra trace 레벨의 TN이 포함되어 있으므로 별도의 전처리 과정 없이 직접 측정되었다.

Calibration
분석에 앞서 0~2000μg/kg 범위의 Isooctane 내 Pyridine(N)에 기초한 질소 표준용액을 사용하여 기기 시스템을 검량 교정하였다.
Fig. 1과 2는 일반적인 검량 교정 곡선 및 성능 매개변수를 나타낸다.

Fig. 1: Calibration range 1 - Ultra-trace

Fig. 2: Wide-range calibration curve of the HiPerSens detector

표준 검량곡선은 각기 다른 농도의 표준용액으로 작성되었다.

Instrumentation
측정은 질소 분석을 위해 HiPerSens® CLD 검출기가 장착된 compEAct N을 사용하여 진행되었다. 시료 주입은 다량의 샘플 처리량을 보장하기 위해 LS 2 액체 샘플러를 통해 완전히 자동으로 수행되었다.

분석은 Vertical operation mode로 실행되었으며 시료는 석영 연소관의 증발 영역에 직접 주입되고 이 과정은 LS 2의 다량의 샘플 처리량을 보유한 액체 오토샘플러에 의해 완전히 자동으로 수행되었다. 촉매가 없는 양면 연소 프로세스는 최대 1,050°C의 온도에서 수행된다.
첫 번째 공정 단계에서는 비활성 가스 흐름에서 휘발성 샘플 성분의 증발이 일어난 후 산소가 풍부한 대기에서 형성된 기체 생성물이 연소된다.
두 번째 단계에서는 더 무거운 비휘발성 샘플 성분과 형성된 열분해 생성물이 순수한 산소에서 정량적으로 산화된다. 따라서 석영 열분해기는 균일한 증발을 보장하고 연소 과정을 조절하며 불완전 연소를 방지한다. 이를 통해 재현성이 우수하고 빠른 미량 분석을 위한 최적의 조건을 구축할 수 있다. 탑재된 자동 보호 시스템은 반응 가스가 충분히 건조된 후 최고의 작동 안전성(입자 및 에어로졸 트랩)과 형성된 NOx가 화학 발광 검출기로 완전히 전달되도록 보장한다. compEAct N은 15μg/l N의 낮은 검출 한계를 가능케 한다.

Method Parameters
모든 분석에는 ASTM 방법 모듈의 표준 방법 ASTM D4629가 사용되었다. 다음 표에는 연소 프로세스에 대한 파라미터 설정이 요약되어있다.

Table 1: Process parameters compEAct

Evaluation Parameters
표준 방법이 적용되었고, 다음 표에는 파라미터 설정이 요약되어있다.

Table 2: Detection parameters CLD

Results and Discussion
측정된 샘플은 연료 생산 분야의 대표적인 스펙트럼이다. Table 3에 제시된 결과는 표준물질과 샘플에 대한 3 반복 측정값의 평균값이다. 모든 표준물질 및 샘플에는 40μl를 주입하였다. Fig. 3-6은 하나의 표준뿐만 아니라 선택된 표본에 대한 일반적인 측정 곡선을 보여준다.

Table 3: Results of the total nitrogen determination in different fuels

Fig. 3: TN analysis curve for sample “Kerosene”

Fig. 4: TN analysis curve for sample “Light Gasoline”

Fig. 5: TN analysis curve for sample “Marine Gasoil”

Fig. 6: TN analysis curve for standard “0.72ppm N”

최적의 프로세스 조건으로 인해 일반적으로 세 번의 측정만으로 3% RSD 내에서 결과에 도달한다. 이는 샘플 처리 시간에 현저한 영향을 미치므로 다량의 샘플 처리량을 가능케 한다. 분석 결과와 그 재현성은 샘플 연소의 높은 품질을 나타낸다.
임의로 지정된 질소 함량을 가진 표준물질을 분석하여 분석시스템의 적정 성능을 확인하였다.(Table 3 참조)

Conclusion
compEAct N은 다양한 연료 시료(디젤, 가솔린, 등유, 바이오 디젤 등)에서 광범위한 질소 함량을 측정하는데 매우 적합하다. 고유의 HiPerSens® 기술을 갖춘 검출기는 15ug/l의 질소 검출한계로부터 최대 10,000mg/l의 측정 범위를 갖고 있다.

최적의 시료 연소 및 효율적인 자동 보호 시스템은 시료의 연소 특성 및 조성(FAME, 색상 첨가물 등)에 관계없이 뛰어난 재현성으로 질소 함량을 측정할 수 있다. 또한 LS 2 액체 샘플러를 사용하면 쉽게 다량의 샘플 측정이 가능하다.

추가적으로 측정 시간을 절약하기 위해 샘플 주입량은 10~20ul로 줄일 수 있다. compEAct의 높은 감도 덕분에 적은 주입량으로도 신뢰할 수 있는 결과를 얻기에 충분하다. 가스연료 시료와 LPG 분석을 위해 적절한 샘플링 시스템을 추가하여 분석 가능한 시스템을 확장할 수 있다는 장점도 있다.

Analytik-jena의 'compEAct N'에 대한 궁금한 내용은 본 원고자료를 제공한 어날리틱예나코리아(유)를 통하여 확인할 수 있다.

Reference(참고문헌): Analytik jena application note.(4 Page)

Model Name(모델명): compEAct N
The Person in Charge(담당자): Oh Bumjun
Maker(제조사): Analytik-jena
Country of Origin(원산지): Germany
Mail inquiry: bum-jun.oh@analytik-jena.com

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