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Kraftstoffe können bei der Herstellung, beim Transport und bei der Lagerung Spuren von Wasser aufnehmen. Ein übermäßiger Wassergehalt in Kraftstoffen führt zu verschiedenen Problemen. So fördert beispielsweise ein hoher Wassergehalt in Dieselkraftstoff das biologische Wachstum in Lagertanks, was zu Metallkorrosion und zur Bildung von Schlamm und Biofilmen führen kann. Dies wiederum verstopft die Filter in den Kraftstoffsystemen und führt zu Schäden an den Dieselmotoren.

Die Standardspezifikation für die Qualität von Dieselkraftstoff umfasst mehrere Parameter, wobei gelöstes Wasser der größte Risikofaktor ist. Nach Angaben des Europäischen Komitees für Normung liegt die maximal zulässige Wassermenge in Dieselkraftstoff für die Vermarktung bei 200 mg/L (ppm) (EN 590). Normalerweise wird dieser Wert durch Karl-Fischer-Titration (KF) bestimmt, doch diese Methode erfordert Chemikalien und dauert etwa fünf Minuten. Diese Application Note beschreibt, wie die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) eine schnellere und kostengünstigere Alternative zur KF-Titration für die Vorhersage des Wassergehalts in Dieselkraftstoff darstellt.

OMNIS NIR Analyzer und eine in ein Einwegfläschchen gefüllte Probe.
Abbildung 1. OMNIS NIR Analyzer und eine in ein Einwegfläschchen gefüllte Probe.

Proben von Diesel mit unterschiedlichem Wassergehalt (von 66 bis 362 mg/L) wurden mit einem OMNIS NIR Analyzer Liquid in Transmission (1000-2250 nm) gemessen. Eine reproduzierbare Aufnahme der Spektren wurde durch die eingebaute Temperaturkontrolle erreicht. Zur Vereinfachung wurden Einweggefäße mit einer Schichtdicke von 8 mm verwendet, was die Reinigung der Probengefäße überflüssig machte. Die OMNIS-Software wurde für die gesamte Datenerfassung und die Entwicklung von Vorhersagemodellen verwendet. 

Tabelle 1. Übersicht über Hard- und Softwareausstattung.
Ausrüstung Artikelnummer
OMNIS NIR Analyzer Liquid 2.1070.0010
Halter OMNIS NIR, Vial, 8 mm 6.07401.070
Einwegvials, 8 mm, Transmission 6.7402.240
OMNIS Stand-Alone Lizenz 6.06003.010
Quant Development Software-Lizenz 6.06008.002

Die NIR-Spektren (Abbildung 2) wurden zusammen mit den entsprechenden Referenzwerten verwendet, um ein Vorhersagemodell für die Quantifizierung des Feuchtigkeitsgehalts in Dieselproben zu erstellen. Die Qualität des Vorhersagemodells wurde anhand des in Abbildung 3 dargestellten Korrelationsdiagramms bewertet, welches eine sehr hohe Korrelation zwischen der NIR-Vorhersage und den gemessenen Werten des Wassergehalts mittels KF-Titration  (Referenzwerte) zeigt. Die jeweiligen statistischen Kennzahlen zeigen die erwartete Genauigkeit einer Vorhersage bei der Routineanalyse.

Abbildung 2. Übersicht NIR-Spektren von Dieselproben, die mit dem OMNIS NIR Analyzer Liquid analysiert wurden.
Abbildung 3. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen statistischen Kennzahlen für die Vorhersage des Wassergehalts in Diesel unter Verwendung eines OMNIS NIR Analyzers Liquid. Die Laborwerte wurden mittels KF-Titration ausgewertet.
R2 SEC (mg/L) SECV (mg/l)
0,957 12 17

Diese Application Note demonstriert die Möglichkeit, einen Schlüsselparameter für die Qualitätskontrolle von Dieselkraftstoff - den Wassergehalt - mit NIR-Spektroskopie zu bestimmen. Die Hauptvorteile der NIR-Spektroskopie gegenüber nasschemischen Methoden wie der KF-Titration bestehen darin, dass die Betriebskosten deutlich geringer sind und die Zeit bis zum Ergebnis auf wenige Sekunden reduziert wird. Außerdem sind keine Chemikalien erforderlich, und die Proben werden bei der Messung nicht zerstört.

Tabelle 2. Übersicht über die Zeit bis zum Ergebnis bei der KF-Titration.
Parameter Verfahren Zeit bis zum Ergebnis
Wasser Karl-Fischer-Titration ∼ 5 Minuten
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Metrohm Deutschland

In den Birken 3
70794 Filderstadt

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Interne Referenz: AW NIR CH-0064-112021