【コラム】ASTM D6304:石油製品中の水分をより簡単に決定する
2021/02/08
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潤滑油やジェット燃料などの石油製品中の水分は、有害な影響を及ぼす可能性があります。水分はしばしば腐食やエンジンの摩耗と関連しています。石油製品の水分含有量を把握することで、高価な設備の損傷を防ぎ、より安全な運用を確保することができます。
ASTM D6304「クーロメトリックカールフィッシャー滴定による石油製品、潤滑油、および添加剤中の水分決定に関する標準試験方法」は、さまざまな石油製品の規格において水分決定のためによく引用される規格です。この規格は2021年1月に改訂され、現在では正確な水分決定のために3つの手順が提供されています。
滴定セルへのサンプルの直接注入(手順A)は、干渉が予想されない低粘度サンプルに推奨されます。オーブン(手順B)または水分蒸発装置(手順C)は、カールフィッシャー試薬に容易に溶解しないサンプル、粘性の高いサンプル、およびカールフィッシャー反応に干渉すると予想される成分を含むサンプルの分析に使用できます。
本ブログ記事では、これら3つの手順を紹介した上で、それぞれをどのような場合に使用するのが適切かについて説明します。クリックするとご興味のあるトピックへ直接移動できます:
直接注入(手順A)
滴定セルへのサンプルの直接注入は、干渉が予想されない低粘度サンプルに推奨されます。既知の質量または容量の分取量が、コンディショニングされたクーロメトリックカールフィッシャー装置の滴定セルに注入され、そこで自動的に滴定が行われ、結果が算出されます。
D6304法では、隔膜あり・なしいずれのクーロメトリック発生電極の使用も認められています。サンプルの水分含有量が低いため、隔膜付き発生電極の使用を推奨します。
すべての石油製品がカールフィッシャー試薬に溶解するわけではなく、手順Aを使用する場合には相分離が生じることがあります。相分離が生じた場合、試薬を交換する必要があります。相分離を起こすことなく分析できるサンプル数は、サンプルの容量や種類、試薬の容量、および試薬に対するサンプルの溶解性によって異なります。
しかしながら、このような種類のサンプルについては、手順Bまたは手順Cの方がより良い解決策となることが多いです。サンプルに干渉物質が含まれる場合も同様です。
ASTM D6304手順Aについて詳しくは、無料のアプリケーションブレティン(AB-209)をダウンロードしてご覧ください。カールフィッシャー滴定を改善するためのさらなるヒントやコツについては、ブログシリーズ「カールフィッシャー滴定によくある質問」もご覧ください。
オーブンを用いた水分抽出(手順B)
オーブン(手順B)は、カールフィッシャー試薬に容易に溶解しないサンプル、粘性の高いサンプル、およびカールフィッシャー反応に干渉すると予想される成分を含むサンプルの分析に使用できます。
分析にあたっては、代表サンプルをガラスバイアルに量り取り、直ちに密封します。次に、このバイアルをオーブンで加熱し、水分を抽出します。気化した水分は、乾燥キャリアガスによってコンディショニングされたカールフィッシャー滴定セルへと運ばれ、そこで滴定されます。
蒸発に用いる最適な温度はサンプルによって異なります。874 Oven Sample Processorは温度勾配試験を実施でき、サンプルを劣化させることなく水分を除去するための最適な温度を決定することができます。
ASTM D6304に準拠した石油化学製品中の水分含有量の決定
オーブン法とその作動原理、および利点について詳しくは、以下の関連ブログ記事をご覧ください。
「Analyze This」:カールフィッシャー滴定におけるサンプル前処理用オーブン法
ASTM D6304手順BにおけるKFオーブン法の使用について詳しくは、アプリケーションブレティン(AB-209)またはアプリケーションノート(AN-K-070)をダウンロードしてご覧ください。
AN-K-070:ASTM D6304に準拠した石油製品中の水分の完全自動分析
要点だけ知りたい方は、下記フライヤーもご覧ください!
蒸発装置を用いた水分抽出(手順C)
手順Cでは、オーブンを使用する代わりに、カールフィッシャー試薬に容易に溶解しないサンプル、粘性の高いサンプル、およびカールフィッシャー反応に干渉すると予想される成分を含むサンプルの水分抽出に、水分蒸発装置をどのように使用できるかが説明されています。
この手順では、サンプルの分取量が、適切な溶媒(多くの場合トルエン)を含む加熱チャンバーに移されます。加熱チャンバーの温度は、使用する溶媒によって異なります。水分は、共沸蒸留により溶媒とともに気化します。この共沸混合物は、乾燥した非反応性キャリアガスを介して、コンディショニングされたカールフィッシャー滴定セルへと移送されます。
これら3つの手順とそれぞれの利点・欠点について詳しくお読みになりたい場合は、以下より無料のホワイトペーパーをダウンロードしてご覧ください。
ASTM D6304に準拠した石油製品中の水分
どの手順をいつ使用するか
手順Aは、主にディーゼル燃料、ジェット燃料、または芳香族化合物など、粘度の低い液体サンプルに適しています。カールフィッシャー滴定セルにサンプルを容易に加えられるようにするためには、低い粘度が必要です。さらに、サンプルはカールフィッシャー試薬への良好な溶解性を必要とします。そうでない場合、相分離が生じ、カールフィッシャー試薬の交換が必要になります。試薬交換は自動化できますが、試薬が再び乾燥状態に達するまでにはやはり時間がかかります。
たとえサンプルがカールフィッシャー試薬に溶解する場合であっても、サンプルマトリックスが副反応を引き起こし、誤った結果をもたらすことにより、手順Aの使用に問題が生じることがあります。この場合、手順Bまたは手順Cの方がより良い選択肢となります。
手順Bは、粘度やマトリックス組成にかかわらず、あらゆる種類のサンプルに適しています。滴定セルに移されるのは気化した水分のみであり、サンプルおよび干渉性のマトリックス成分は密封バイアル内に残るため、分析後は単に廃棄することができます。このため、試薬交換の頻度が大幅に減少し、必要な試薬量も少なくなることでコストが節約されます。実験室の作業量によっては、自動カールフィッシャーオーブンを用いることで、試薬交換を含む分析全体を完全に自動化することも可能です。
手順Cも、手順Bと同様に、粘度やマトリックス組成にかかわらず、あらゆる種類のサンプルに適しています。滴定セルに移されるのは、溶媒との共沸混合物中の気化した水分のみです。サンプルおよび干渉性のマトリックス成分は蒸発チャンバー内に残ります。しかしながら、蒸発チャンバーを時折手動で空にして再充填する必要があり、これには時間がかかります。というのも、内容物を交換する前にチャンバーを冷却する必要があるためです。さらに、この方法では無人自動化は不可能です。
各手順のさまざまな要因についてより詳細な比較をご覧になりたい場合は、下記ホワイトペーパーをご覧ください。
