Fuel Blend Analysis using the Cary 630 Spectrometer and 5 Bounce ZnSe ATR accessory

Význam tématu

Zvyšující se tlak na snižování emisí a závislosti na fosilních palivech vede k širšímu využití bioalkoholů v motorových palivech. Butanol se díky své nižší hygroskopicitě, vyšší energetické hustotě a lepší kompatibilitě s konvenčními motory jeví jako slibná náhrada či doplněk ethanolu. Pro efektivní aplikaci je však nezbytné detailní pochopení mísících jevů a přesná kvantifikace podílu bioalkoholů v palivových směsích.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřuje na analýzu směsí 1-butanolu s n-dekanem a komerčním dieselem v celém rozsahu koncentrací. Hlavním cílem je prostřednictvím FTIR spektroskopie a chemometrických metod identifikovat strukturní změny i kvantitativně stanovit obsah butanolu v palivu. Důraz je kladen na vývoj rychlé, spolehlivé a snadno použitelné metodiky pro průmyslové i terénní aplikace.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: směsi 1-butanolu (99,5 %) s n-dekanem (99,5 %) v krocích 10 mol % a směsi butanol–diesel v krocích 10 hmotn %.
• Měření: FTIR spektrometr Agilent Cary 630 s 5násobným ZnSe ATR modulem, vlnové číslo 650–4000 cm−1, rozlišení 2 cm−1.
• Příprava: přímá analýza bez dalšího zpracování vzorku, čištění a kalibrace ATR modulu mezi měřeními.
• Software: Agilent Microlab pro sběr spekter a vyhodnocení dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza spekter ukázala systematické změny podle složení směsí. Směsi butanol–n-dekan vykazují posun pásu OH ke vyšším vlnovým číslům, což svědčí o zesílení intramolekulárních vodíkových vazeb v čistém butanolu. Směsi butanol–diesel dále odhalily interakce mezi esterovými skupinami dieselu a alkoholem, projevené posunem C=O pásu a novou složkou kolem 1728 cm−1. Chemometrická metoda PLSR dosáhla vynikající lineární korelace mezi skutečným a predikovaným obsahem butanolu, čímž potvrdila schopnost kvantifikovat bioalkohol ve složitých palivových matricích.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá analýza trvající jen několik sekund.
• Bez nutnosti spotřebního materiálu či složité přípravy vzorku.
• Neinvazivní a nedestruktivní měření vhodné pro on‐site kontrolu kvality paliva.
• Vysoká citlivost díky 5násobné ATR geometrii pro nízké koncentrace bioalkoholů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření spektroskopické analýzy směsí o další druhy bioalkoholů a biopaliv. Integrace kompaktních FTIR zařízení přímo na palubě motorových vozidel by umožnila nepřetržitou kontrolu paliva za provozu. Kombinace s pokročilými chemometrickými algoritmy a strojovým učením přinese ještě vyšší přesnost a automatizaci vyhodnocení.

Závěr

FTIR spektroskopie s 5násobnou ZnSe ATR geometrií v přístroji Cary 630 prokázala schopnost spolehlivě a rychle kvantifikovat obsah butanolu v palivových směsích. Metoda nabízí robustní, nenákladné a vysoce citlivé řešení pro laboratorní i terénní kontroly paliva. Výsledky potvrdily jak kvalitativní, tak kvantitativní sledování mísících jevů a podpořily další rozvoj aplikací bioalkoholů v praxi.

Reference

• Anja I. Lampe, Anna K. Dittmar, Carina Heyen, Johannes Kiefer, Butanol as potential biofuel: A spectroscopic study of its blends with n-decane and diesel, Fuel 222 (2018) 312–318.