Trace detection of mercaptans in fuel

Význam tématu

Detekce a kvantifikace mercaptanů (organických sloučenin síry) v palivech je klíčová pro zajištění chemické stability, prevenci koroze a minimalizaci emisí škodlivých látek. Mercaptany jsou přirozeně přítomné v surové ropě a obtížně se odstraňují standardními rafinérskými procesy. ASTM D1655 stanovuje maximální obsah 30 mg/L mercaptanů v leteckém palivu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat využití povrchově zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS) pro rychlou a citlivou detekci stopových koncentrací methyl-mercaptanu (MM) v modelovém palivovém prostředí pod limitem detekce běžných Ramanových metod.

Použitá metodika

Vzorky methyl-mercaptanu (2 000 mg/L v toluenu) byly sériálně ředěny v parafínovém oleji. Na Ag P-SERS substrát bylo naneseno 5 μL ředěných vzorků a po pětiminutovém usazení proběhlo měření. Kalibrační vzorky byly měřeny desetkrát, validační tři opakování.

Použitá instrumentace

MIRA XTR s laserem 785 nm vybavený Orbital Raster Scanning a AI/ML algoritmem XTR pro potlačení fluorescence. Software Vision řízení měření a zpracování dat. Substráty Metrohm Ag P-SERS papírové proužky.

Hlavní výsledky a diskuse

Standardní Ramanova spektroskopie nedetekovala MM ani při 2 000 ppm. SERS zvýraznil pás S–C stretching při 675 cm−1 detekovatelný od 100 ppm až do 0,05 ppm (50 ppb). Kalibrační model vykázal R2 = 0,975 a PRESS = 0,063; validační model R2 = 0,962 a PRESS = 0,053. Pokles adsorpční účinnosti nad 1 ppm naznačuje nutnost ředění pro vyšší koncentrace.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou, citlivou a bezpečnou analýzu stopových mercaptanů s minimální spotřebou vzorku (<20 μL), bez nutnosti složité přípravy a snižuje produkci chemického odpadu. Vhodné pro QA/QC a průmyslové monitorování kvality paliv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další optimalizace substrátů pro vyšší reprodukovatelnost, rozšíření na další organosírové a heterocyklické sloučeniny, integrace s přenosnými přístroji, implementace automatizované analýzy a strojového učení pro zlepšení detekčních limitů a zpracování dat.

Závěr

Spojení přístroje MIRA XTR a Ag P-SERS substrátů poskytuje spolehlivou kvantitativní analýzu methyl-mercaptanu v rozmezí 0,05–1 ppm s vysokou přesností a citlivostí, překračující omezení tradičních metod.

Reference

1. Carroll JJ. Natural Gas Hydrates: A Guide for Engineers. Gulf Professional Pub.; 2003.
2. Shale Oil and Gas Handbook. 2016.
3. D1655 Standard Specification for Aviation Turbine Fuels; ASTM International; 2022. Dostupné z: https://www.astm.org/d1655-22.html (cit. 2025-02-03).