GC/MS application in the structural group analysis of basic lubricant oils. Part I – State of knowledge

• Autorzy: Krasodomski W. , Krasodomski M.

Warianty tytułu

PL

Problemy stosowania techniki GC/MS w badaniach składu strukturalno-grupowego podstawowych olejów smarowych. Cz. 1 – Stan wiedzy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article is a brief review of the development of gas-chromatographic methods applied in structural group analysis of hydrocarbon mixtures like base oils. These very complex mixtures contain a huge number of hydrocarbons characterized by similar physical and chemical properties, and their separation is practically impossible. From the technical point of view, the information about the content of different hydrocarbon groups is more important, because it allows to predict the properties of basic oils. Not much information can be found in literature relating to GC techniques of structural group analysis, which are reviewed in this paper. The most interesting is the use of two-dimensional chromatography technique, and the field-ionisation technique in mass spectrometry. The serious limitation of chromatographic methods is that the tested substances have the ability to decompose under applied conditions. As the technique of GC simulated distillation of oil products is employed in base oil analysis, the use of GC/MS should allow easier classification of the hydrocarbon groups present in base oils.

PL

W artykule w skrócie przedstawiono kierunki rozwoju metod wykorzystujących chromatografię gazową do analizy strukturalno-grupowej mieszanin węglowodorów, takich jak oleje bazowe. Te bardzo złożone mieszaniny zawierają dużą liczbę związków o podobnych właściwościach fizykochemicznych i wydzielenie z nich pojedynczego związku jest praktycznie niemożliwe. Z technicznego punktu widzenia bardziej interesująca jest informacja o zawartości różnych grup węglowodorów, ponieważ pozwala ona przewidywać właściwości użytkowe olejów bazowych. W pracy zostały przedstawione nieliczne informacje literaturowe dotyczące technik analizy grupowej metodą chromatografii gazowej; najciekawszym jest wykorzystanie techniki chromatografii dwuwymiarowej, a w obszarze zastosowań spektrometrii mas – użycie techniki jonizacji polem. Podstawowym ograniczeniem metody chromatograficznej jest możliwość rozpadu badanej substancji w warunkach analizy. Ponieważ technika symulowanej destylacji produktów naftowych jest stosowana również w przypadku analizy baz olejowych, pozwala to sądzić, że zastosowanie zestawu GC/MS pozwoli na szersze poznanie grup węglowodorów występujących w olejach bazowych.

Słowa kluczowe

EN

GC-MS; base oil

PL

GC-MS; olej bazowy

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 66, nr 8
• Strony: 711--718
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krasodomski W.

autor

Krasodomski M.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

Bibliografia

• [1] Spaight J.G.: The Chemistry and Technology of Petroleum. CRC Taylor & Francis, wyd. 4, tabl. 10.1, 2006.
• [2] Rong Fu Tsinghua, Yansheng Qiu: The effect of aromatic hydrocarbons in lubricant base oils on the efficiency of adsorptive additives. Lubrication Science, vol. 14, Issue 2, 195–210.
• [3] Kramer, Bottcher: Das Erdoel 4, 21, (1916), wg Zerbe C., Minaraloele und verwandte Produkte. 1952.
• [4] Hole F.B.: Chem Zol. 90 IV, 302, (1919), wg Zerbe C., Minaraloele und verwandte Produkte. 1952.
• [5] ASTM D 483-47, presently 2009, Standard test method for unsulfonated residue of petroleum plant spray oils.
• [6] Howes D.A.: Anilinpunkte Reiner Kohlenwasserstoffe. J. Inst., Petrol. Techno. 16, 75, 1930, IP 2–47. ASTM D 611-47, presently 2007, Standard test method for aniline point and mixed aniline point of petroleum products and hydrocarbon solvents.
• [7] Comprehensive Analytical Chemistry Ed. By Svehla G., vol. XIII B; Analysis of complex hydrocarbon mixtures, by Hala S., Kuras M., Popl M., Elsevier Sci. Publ. Co., Amsterdam, Oxford, New York, 1981.
• [8] Evdokimov I.N., Losev A.P.: Potential of UV-Visible absorption spectroscopy for characterizing crude petroleum oils. http://www.ogbus.ru/eng/authors/Evdokimov/Evdokimov_ 1e.pdf
• [9] Brandes G.: Die Strukturgruppenanalyse von Erdölfraktionen. Erdoel Kohle 11, 700, 1958.
• [10] Van Nes K., Van Western H.A.: Aspects of the Constitution of Minerals Oils. Elsevier, Amsterdam, 1951. Waterman H.I., Boelhouwer C., Cornelissen J.: Correlation between Physical Constants and Chemical Structure. Elsevier Publ. Co., Amsterdam, London, New York, Princeton, 1958. ASTM D3238-95(2005), Standard Test Method for Calculation of Carbon Distribution and Structural Group Analysis of Petroleum Oils by the n-d-M Method.
• [11] Grzechowiak J., Grzechowiak J.: Metody analizy strukturalno-grupowej wysokowrzących mieszanin węglowodorowych. Wrocław, 1972.
• [12] Braun W.G., Spooner D.F., Fenske M.R.: Raman Spectra. Hydrocarbons and Oxygenated Compounds. Anal. Chem. 22, 1074, 1950.
• [13] Kęcki Z.: Podstawy spektroskopii molekularnej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998.
• [14] Gouadec G., Colomban Ph.: Raman Spectroscopy of nanomaterials. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater., 2007, http://www.ladir.cnrs.fr/pages/colomban/Nano%20 PCGCM%202007.pdf
• [15] Grob R.L., Barry E.F.: Modern Practice of Gas Chromatography. John Wiley & Sons, Inc., 2004.
• [16] ASTM D 1319-08, Standard Test Method for Hydrocarbon Types in Liquid Petroleum Products by Fluorescent Indicator Adsorption. PN-EN 15553:2009 Przetwory naftowe i materiały podobne – Oznaczanie zawartości grup węglowodorów – Metoda adsorpcyjna ze wskaźnikiem fluoroscencyjnym. ISO 3837:1993 Liquid petroleum products. Determination of hydrocarbon types Fluorescent indicator adsorption method. IP 156/06 Methods of test for petroleum and its products. Determination of hydrocarbon types in petroleum products. Fluorescent indicator adsorption method.
• [17] ASTM D 5134-98(2008), Standard Test Method for Detailed Analysis of Petroleum Naphthas through n-Nonane by Capillary Gas Chromatography.
• [18] ASTM D 2425-04, Standard test method for hydrocarbon types in middle distillates by mass spectrometry.
• [19] ASTM D 2786-91(2006), Standard Test Method for Hydrocarbon Types Analysis of Gas-Oil Saturates Fractions by High Ionizing Voltage Mass Spectrometry.
• [20] PN-72/C-04025, Oznaczanie składu grupowego węglowodorów metodą chromatografii elucyjnej. ASTM D 2549-02(2007), Standard Test Method for Separation of Representative Aromatics and Nonaromatics Fractions of High-Boiling Oils by Elution Chromatography.
• [21] ASTM D 2007-03(2008), Standard Test Method for Characteristic Groups in Rubber Extender and Processing Oils and Other Petroleum-Derived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Method.
• [22] ASTM D 4124-09, Standard Test Method for Separation of Asphalt into Four Fractions.
• [23] ASTM 2007:2003(2008), Standard Test Method for Characteristic Groups in Rubber Extender and Processing Oils and Other Petroleum-Derived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Method.
• [24] UOP A Honeywell Company Sulfolane™ Process; http://www.uop.com/objects/55%20Sulfolane.pdf
• [25] US Patent 4070408 – Aromatics extraction and distillation process.
• [26] Spaight J.G.: The Chemistry and Technology of Petroleum; CRC Taylor & Francis, wyd. 4, rozdz. 24.2.5.2, 2006.
• [27] IP 346:1992(2004), Determination of polycyclic aromatics in unused lubricating base oils and asphaltene free petroleum fractions – Dimethyl sulphoxide extraction refractive index method.
• [28] PN-EN 12916:2008, Przetwory naftowe – Oznaczanie grup węglowodorów aromatycznych w średnich destylatach – Metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej.
• [29] McNair H.M., Miller J.M.: Basic Gas Chromatography. Willey & Sons, Inc., 1998.
• [30] Pr PN EN 15199-1:2008, Przetwory naftowe – Oznaczanie rozkładu temperatur wrzenia metodą chromatografii gazowej – Część 1: Średnie destylaty i bazowe oleje smarowe. Pr PN EN 15199-3:2008, Przetwory naftowe – Oznaczanie rozkładu temperatur wrzenia metodą chromatografii gazowej – Część 3: Ropa naftowa.
• [31] PN-EN 15 199-1, Przetwory naftowe. Oznaczanie rozkładu temperatur wrzenia metodą chromatografii gazowej. Część 1: Średnie destylaty i bazowe oleje smarowe.
• [32] United States Application US20080163672, Method of Analyzing Bazestocs for Low Temperature Properties.
• [33] Hinshaw J.V.: Comprehensive Two-Dimensional Chromatography. LC-GC Europe, s. 6, Feb. 2004.
• [34] O’Neal M.J., Hood A., Clerc R.J., Andreacute M.L, Hines C.K.: The Determination of Heavy Oil Composition by Mass Spectrometry. IV Meždunarodnyj Neftânoj Kongress, Tom VI, Issledovanie i kačestvo neftej i nefteproduktov, s. 298–321, Moskva, 1956.
• [35] Gallegos E. J., Green J.W., Lindeman L.P., LeTourneau R.L., Teeter R.M.: Petroleum Group-Type Analysis by High Resolution Mass Spectrometry. Anal. Chem., 39, 1833–1838, 1967. Teeter R.M.: High Resolution Mass Spectrometry for Type Analysis of Complex Hydrocarbon Mixtures. Mass Spec. Rev., 4, 123–143, 1985.
• [36] ASTM D 3239, Standard Test Method for Aromatic Types Analysis of Gas-Oil Aromatic Fractions by High Ionizing Voltage Mass Spectrometry.
• [37] Nagamatsu Noritoshi; Lubrication Oil Analysis by Mass Spectrometry, Idemitsu Technical Report, vol. 43, nr 1, s. 38–44, 2000, http://sciencelinks.jp/j-east/article /200006/000020000600A0194554.php
• [38] Kramer D.C., Sztenderowicz M.L, Lok B.K., Cheng M., Rechsteiner C.E., Wilson D.M.: The synthetic Nature of Group III Base Oils. National Petrochemical & Rafiners Association, 1999 Lubricants & Waxes Meeting.
• [39] Fernandez-Varela R., Andrade J.M., Muniategui S., Prada D., Ramırez-Villalobos F.: The comparison of two heavy fuel oils in composition and weathering pattern, based on IR, GC-FID and GC-MS analyses: Application to the Prestige wreckage. Water Research, 43, 1015–1026, 2009.
• [40] Zeigler C., MacNamara K., Zhendi Wang, Robbat Jr. A.: Total alkylated polycyclic aromatic hydrocarbon characterization and quantitative comparison of selected ion monitoring versus full scan gas chromatography/mass spectrometry based on spectral deconvolution. Journal of Chromatography A, 1205, 109–116, 2008.
• [41] Stojanović K., Jovančićević B., Vitorović D., Golovko Y., Pevneva G., Golovko A.: Evaluation of saturated and aromatic hydrocarbons oil-oil maturity correlation parameters (SE Pannonian Basin, Serbia). J. Serb. Chem. Soc. 72(12), 1237–1254, 2007.
• [42] Sharma K., Sharma S.P., Lahiri S.C.: Characterization and Identification of Petroleum Hydrocarbons and Biomarkers by GC-FTIR and GC-MS. Petroleum Science and Technology, 27, 1209–1226, 2009.
• [43] Penggao Duan, Kuangnan Qian, Habicht S.C., Pinkston D.S., Mingkun Fu, Hilkka I. Kenttämaa: Analysis of Base Oil Fractions by ClMn(H2O) + Chemical Ionization Combined with Laser-Induced Acoustic Desorption/Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry. Anal. Chem., 80(6), 1847–1853, 2008.