Optymalizacja warunków oznaczania wody metodą miareczkowania kulometrycznego z odparowaniem dla olejów smarowych

• Autorzy: Jędrychowska Sylwia

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.07.07

Warianty tytułu

EN

Optimization of the water determination conditions by coulometric titration with evaporation for lubricating oils

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wiedza o zawartości wody w produktach naftowych, między innymi olejach smarowych, dodatkach oraz różnych innowacyjnych produktach, jest istotna z punktu widzenia ich wytwarzania, zakupu czy sprzedaży ze względu na wpływ na ich jakość i charakterystykę działania. W przypadku olejów smarowych obecność wody może stanowić przyczynę przedwczesnej korozji i zużycia, powstawania osadów, co prowadzi do ograniczenia smarowania i przedwczesnego zatkania filtrów, osłabienia działania dodatków czy niepożądanego wzrostu bakterii. W artykule przedstawiono prace nad dobraniem optymalnych warunków oznaczania zawartości wody metodą miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera z odparowaniem w olejach smarowych. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem kulometru z celą miareczkową bez diafragmy firmy Metrohm model 917 Coulometer wraz automatycznym podajnikiem próbek wyposażonym w komorę grzejną 885 Compact Oven Sample Changer. Do badań wytypowano różne rodzaje olejów smarowych, a mianowicie oleje silnikowe o różnej klasie lepkości (5W-40, 10W-40, 15W-40, 5W-30), olej przekładniowy, olej hydrauliczny, olej turbinowy, olej bazowy oraz płyn hydrauliczny. Wszystkie wytypowane próbki olejów smarowych badano w czterech różnych warunkach pomiarowych: 110°C i 20 ml/min; 150°C i 50 ml/min, 180°C i 50 ml/min oraz 150°C i 70 ml/min. Stwierdzono, że w przypadku wszystkich wyżej wymienionych olejów smarowych najlepsze wyniki uzyskano przy ustawieniu temperatury pieca na 150°C i przy przepływie gazu nośnego wynoszącym 50 ml/min lub 70 ml/min. Określono wpływ różnych czynników, takich jak naważka próbki, temperatura pieca, prędkość przepływu gazu nośnego, na przebieg badania oraz szybkość analizy. Zwiększony przepływ gazu nośnego do 70 ml/min nie powoduje skrócenia czasu analizy. W niektórych przypadkach wzrost temperatury pieca może przyspieszyć szybkość analizy, ale jest to dość ryzykowne dla niektórych próbek, które w tej temperaturze ulegają rozkładowi. W związku z tym bezpieczniej jest prowadzić badanie w temperaturze pieca 150°C. Największy wpływ na szybkość analizy ma odpowiedni dobór naważki próbki poddanej analizie. W zależności od zawartości wody w badanej próbce należy dobrać odpowiednią naważkę próbki. Powinna być ona na tyle mała, aby nadmiernie nie wydłużać analizy, ale także na tyle duża, żeby ilość odmiareczkowanej wody była przynajmniej dwukrotnie większa niż w ślepej próbie.

EN

The knowledge of the water content of various petroleum products, including lubricating oils, additives and various innovative products, is important from the point of view of manufacturing, purchasing or selling them, due to the impact on their quality and performance characteristics. In the case of lubricating oils, the presence of water can lead to premature corrosion and wear, the formation of deposits, which leads to reduced lubrication and premature clogging of filters, reduced action of additives or undesirable bacterial growth. The article presents the study on the selection of optimal conditions for the determination of water content by coulometric Karl-Fischer titration with evaporation in lubricating oils. The tests were carried out using a coulometer with a titration cell without a diaphragm by Metrohm, 917 Coulometer model with an automatic sample feeder equipped with a heating chamber 885 Compact Oven Sample Changer. Various types of lubricating oils were selected for testing, namely engine oils of different viscosity classes (5W/40, 10W/40, 15W/40, 5W/30), gear oil, hydraulic oil, turbine oil, base oil and hydraulic fluid. All selected samples of lubricating oils were tested in four different measuring conditions: 110°C and 20 ml/min; 150°C and 50 ml/min, 180°C and 50 ml/min and 150°C and 70 ml/min. It was found that for all the lubricating oils, the best results were obtained with a furnace temperature setting of 150°C and a carrier gas flow of 50 ml/min or 70 ml/min. The influence of various factors, such as the sample weight, the furnace temperature, the carrier gas flow velocity on the test course and the analysis speed, was determined. Increased carrier gas flow of up to 70 ml/min does not shorten the analysis time. In some cases, an increase in the oven temperature may speed up the analysis, but this is quite risky for some samples that decompose at given temperature. It is therefore safer to conduct the test at an oven temperature of 150°C. The speed of analysis is most influenced by an appropriate selection of the sample quantity under analysis. Depending on the water content in the tested sample, the appropriate sample weight should be selected. It should be small enough not to excessively extend the analysis, but also large enough that the amount of titrated water is at least twice as large as in the blank.

Słowa kluczowe

PL

woda; miareczkowanie kulometryczne; KF; odparowanie; oleje smarowe

EN

water; coulometric titration; KF; evaporation; lubricating oils

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 7
• Strony: 480--489
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Jędrychowska Sylwia

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bruttel P., Schlink R., 2006. Water Determination by Karl Fischer Titration. Monografia Metrohm.
• Canepari S., Farao C., Marconi E., Giovannelli C., Perrino C., 2013. Qualitative and quantitative determination of water in airborne particulate matter. Atmos. Chem. Phys., 13(3): 1193–1202. DOI: 10.5194/acp-13-1193-2013.
• Dobry D., Zmarzły D., 2010. Pomiar i analiza zawilgocenia nanomodyfikowanych olejów izolacyjnych metodą bezpośredniego miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera. Pomiary Automatyka Robotyka, 12: 124–126.
• Fatima N., Minami I., Holmgren A., Marklund P., Berglund K., Larsson R., 2015. Influence of water on the tribological properties of zinc dialkyl-dithiophosphate and over-based calcium sulphonate additives in wet clutch contacts. Tribol. Int., 87: 113–120. DOI:10.1016/j.triboint.2015.02.006.
• Fatima N., Minami I., Holmgren A., Marklund P., Larsson R., 2016. Surface chemistry of wet clutch influenced by water contamination in automatic transmission fluids. Tribol. Int., 96: 395–401. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.04.010.
• Hinz D.C., 2007. Evaluation of methods for the determination of water in substances with unknown chemical and thermal behaviour. J. Pharm. Biomed. Anal. 43(2): 779–783. DOI: 10.1016/j.jpba.2006.08.002.
• Kestens V., Conneely P., Bernreuther A., 2008. Vaporisation coulometric Karl Fischer titration: A perfect tool for water content determination of difficult matrix reference materials. Food Chem., 106(4): 1454–1459. DOI: 10.1016/j.foodchem.2007.01.079.
• Lanz M., De Caro C.A., Rüegg K., De Agostini A., 2006. Coulometric Karl Fischer titration with a diaphragm-free cell: Cell design and applications. Food Chemistry, 96(3): 431–435. DOI: 10.1016/j.foodchem.2005.03.050.
• Margolis S.A., Vaishnav K., Sieber J.R., 2004a. Measurement of water by oven evaporation using a novel oven design. 1. Water in watersaturated 1-octanol, coal, cement, and refined oils. Anal. Bioanal. Chem. 380(3): 556–562. DOI: 10.1007/s00216-004-2778-8.
• Margolis S.A., Vaishnav K., Sieber J.R., 2004b. Measurement of water by oven evaporation using a novel oven design. 2. Water in motor oils and motor oil additives. Anal. Bioanal. Chem. 380(5–6): 843–52. DOI: 10.1007/s00216-004-2829-1.
• Mellin P., Zavalis T., Tingö L., Brodin H., Wendel J., Berg S., Riabov D., Strondl A., Nyborg L., 2020. Moisture content analysis of metal powders, using oven desorption followed by Karl Fischer titration. Euro PM 2018. Congress and Exhibition. European Powder Metallurgy Association (EPMA).
• Merkh G., Pfaff R., Isengard H.D., 2012. Capabilities of automated Karl Fischer titration combined with gas extraction for water determination in selected dairy products. Food Chemistry, 132(4), 1736–1740. DOI: 10.1016/j.foodchem.2011.11.001.
• Metrohm Polska, 2016. Materiały seminarium Karl Fischer Tour. Kraków, 2.02.2016.
• Rogula-Kozłowska W., Widziewicz K., Majewski G., 2017. A simple method for determination of total water in PM1 on quartz fiber filters. Microchemical Journal, 132: 327–332. DOI: 10.1016/j.microc.2017.02.019.
• Smoliło M., 2020. Badanie odporności na utlenianie mieszanin olejów otrzymanych z regeneracji olejów przepracowanych z olejami naftenowymi. Nafta-Gaz, 6: 408–418. DOI: 10.18668/NG.2020.06.06.
• Soltanahmadi S., Morina A., van Eijk M.C.P., Nedelcu I., Neville A., 2017. Tribochemical study of micropitting in tribocorrosive lubricated contacts: The influence of water and relative humidity. Tribol. Int. 107: 184–198. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.11.031.
• Urzędowska W., Stępień Z., 2012. Oddziaływanie paliwa na zmiany właściwości użytkowych oleju smarowego w silniku z ZI typu FlexFuel. Nafta-Gaz, 6: 377–387.
• Widziewicz-Rzońca K., Tytła M., Majewski G., Rogula-Kopiec P., Loska K., Rogula-Kozłowska W., 2020. Strongly and loosely bound water in ambient particulate matter-Qualitative and quantitative determination by Karl Fischer Coulometric Method. Sustainability, 12(15): 6196. DOI: 10.3390/su12156196.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).