Controllo di qualità della benzina

AN-NIR-022

2020-03

Determinazione rapida di RON, MON, AKI, contenuto aromatico e densità

Negli ultimi anni, si è verificata una spinta significativa alla riduzione dell'impatto dei combustibili sull'ambiente tramite il miglioramento della qualità dei combustibili. La determinazione di parametri di qualità chiave della benzina, ovvero numero di ottano ricerca (RON, ASTM D2699-19), numero di ottano motore (MON, ASTM D2700-19), indice del potere antidetonante (AKI), contenuto aromatico (ASTM D5769-15) e densità solitamente richiede l'uso di molti diversi metodi analitici, che sono laboriosi e necessitano di personale con relativa formazione. Questa Application Note dimostra che lo strumento XDS RapidLiquid Analyzer, operante nella regione spettrale del visibile e del vicino infrarosso (Vis-NIR), rappresenta una soluzione rapida ed economica per l'analisi di diversi parametri della benzina.

Negli ultimi anni, si è verificata una spinta significativa per ridurre l'impatto dei combustibili sull'ambiente tramite il miglioramento della qualità del carburante. Ciò richiede che i motori siano più efficienti, oltre ad aumentare il contenuto di ottano del carburante in modo da poter utilizzare motori a compressione più elevata. La determinazione di parametri di qualità chiave della benzina, ovvero numero di ottano di ricerca (RON, ASTM D2699-19), numero di ottano del motore (MON, ASTM D2700-19), indice del potere antidetonante (AKI), contenuto aromatico (ASTM D5769-15) e densità solitamente richiede l'uso di diversi metodi analitici, che sono laboriosi e necessitano di personale con relativa formazione. Questa Application Note dimostra che l'XDS RapidLiquid Analyzer, operante nella regione spettrale del visibile e del vicino infrarosso (Vis-NIR), fornisce una soluzione rapida ed economica per l'analisi multiparametrica della benzina.

Figure 1. Analizzatore XDS RapidLiquid e fiala monouso da 8 mm riempita con un campione di benzina.

I campioni di benzina sono stati misurati con l'XDS RapidLiquid Analyzer (RLA) in modalità di trasmissione sull'intero intervallo di lunghezze d'onda (400–2500 nm). L'acquisizione dello spettro riproducibile è stata ottenuta utilizzando il portacampioni a temperatura controllata integrata. Per comodità, sono state utilizzate fiale monouso con una lunghezza del percorso di 8 mm, il che ha reso superflua una procedura di pulizia. Il pacchetto software Metrohm Vision Air Complete è stato utilizzato per l'acquisizione dati e lo sviluppo di modelli predittivi.

**Tabella 1.** Panoramica delle apparecchiature hardware e software
Attrezzatura	Numero metrohm
Analizzatore XDS RapidLiquid	2.921.1410
Fiale monouso, 8 mm diametro, trasmissione	6.7402.000
Vision Air 2.0 completo	6.6072.208

Gli spettri Vis-NIR ottenuti (figura 2) sono stati utilizzati per creare modelli predittivi per la determinazione di diversi parametri chiave del carburante. La qualità dei modelli di previsione è stata valutata utilizzando diagrammi di correlazione, che mostrano una correlazione tra la previsione Vis-NIR e i valori del metodo primario. Le rispettive figure di merito (FOM) mostrano la precisione attesa di una previsione durante l'analisi di routine.

Figure 2. Questa selezione di spettri Vis-NIR della benzina è stata ottenuta utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer e fiale monouso da 8 mm. Per motivi di visualizzazione è stato applicato un offset dello spettro.

Risultato valore RON

Figure 3. Diagramma di correlazione per la previsione del valore RON in benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer. I valori di laboratorio di riferimento sono stati determinati secondo le prove del motore CFR in condizioni controllate.

**Tabella 2.** Valori di riferimento per la previsione del valore RON nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer.
Riferimento	Valore
R²	0,989
Errore standard di calibrazione	0,26
Errore standard di convalida incrociata	0,29

Risultato Valore MON

Figure 4. Diagramma di correlazione per la previsione del valore MON in benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer. I valori di laboratorio di riferimento sono stati determinati secondo le prove del motore CFR in condizioni controllate.

**Tabella 3.** Valori di riferimento per la previsione del valore MON nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer.
Riferimento	Valore
R²	0,889
Errore standard di calibrazione	0,50
Errore standard di convalida incrociata	0,53

Risultato contenuto aromatico

Figure 5. Diagramma di correlazione per la previsione del contenuto di aromatici nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer. I valori di laboratorio sono stati determinati con tecniche di gascromatografia/spettrometria di massa.

**Tabella 4.** Valori di riferimento per la previsione del contenuto di aromatici nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer.
Riferimento	Valore
R²	0,974
Errore standard di calibrazione	0,97% vol
Errore standard di convalida incrociata	1,07% vol

Densità del risultato

Figure 6. Diagramma di correlazione per la previsione della densità della benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer. I valori di laboratorio sono stati determinati utilizzando un densimetro.

**Tabella 5.** Valori di riferimento per la previsione della densità della benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer.
Riferimento	Valore
R²	0,973
Errore standard di calibrazione	0,0021 kg/l
Errore standard di convalida incrociata	0,0023 kg/l

Risultato valore AKI

Figure 7. Diagramma di correlazione per la previsione del valore AKI nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer. I valori di laboratorio di riferimento sono stati determinati secondo le prove del motore CFR in condizioni controllate.

**Tabella 6.** Valori di riferimento per la previsione del valore AKI nella benzina utilizzando un XDS RapidLiquid Analyzer.
Riferimento	Valore
R²	0,945
Errore standard di calibrazione	0,45
Errore standard di convalida incrociata	0,46

Questa Application Note mostra la fattibilità della spettroscopia NIR per l'analisi di RON, MON, AKI, contenuto aromatico e densità. Rispetto ai metodi chimici a umido (Tabella 7), il tempo necessario per ottenere risultati è uno dei principali vantaggi della spettroscopia NIR, poiché una singola la misurazione viene eseguita entro un minuto.

**Tabella 7.** Tempo per ottenere risultati con i metodi di prova convenzionali
Parametro	Metodo	Tempo per il risultato
RON	Prova motore CFR	∼30 minuti per campione
LUN	Prova motore CFR	∼30 minuti per campione
AKI	Prova motore CFR	∼30 minuti per campione
Contenuti aromatici	Gas cromatografia	∼45 minuti per campione

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