Controle de qualidade automatizado de gasolina utilizando espectroscopia NIR

Determinação rápida de AKI, RON, MON, densidade, oxigenados, benzeno, olefinas e teor de aromáticos em gasolina

Resumo

A determinação dos principais parâmetros de qualidade da gasolina, a saber, número de octano pesquisa (RON), número de octano motor (MON), índice antidetonante (AKI), oxigenados, benzeno, olefinas e teor de aromáticos, convencionalmente exige diversos métodos analíticos trabalhosos que requerem pessoal treinado. Esta Nota de Aplicação demonstra que o OMNIS NIR Analyzer Liquid, operando na região espectral do infravermelho próximo (NIR), oferece uma solução rápida e de baixo custo para a análise multiparâmetro da gasolina. Seu controle preciso de temperatura garante que todas as amostras sejam medidas em conformidade com a ASTM D8340, a ASTM D8321 e a ASTM D6122. O sistema oferece operação totalmente automatizada quando combinado com o OMNIS Sample Robot M – NIR.

0:00

0:00 / 0:00

Equipamento experimental

Figura 1. OMNIS NIR Analyzer Liquid combinado com o OMNIS Sample Robot M – NIR.

Amostras de combustível gasolina foram medidas com um OMNIS NIR Analyzer Liquid (Figura 1) em modo de transmissão (1000–2250 nm) a 30 °C. O OMNIS Sample Robot M – NIR foi usado para a medição totalmente automatizada das amostras, com frascos descartáveis (caminho óptico de 8 mm). Os frascos permanecem fechados, reduzindo o risco de inflamabilidade das amostras de combustível a um mínimo absoluto. Toda a aquisição de dados e o desenvolvimento do modelo de previsão foram realizados com o OMNIS Software.

Configuração

Resultado

Os espectros NIR (Figura 2), juntamente com os respectivos valores de referência, foram usados para criar modelos de previsão para a quantificação de RON, MON, AKI, densidade, oxigenados, benzeno, olefinas e teor de aromáticos em amostras de gasolina.

A qualidade dos modelos de previsão foi avaliada usando diagramas de correlação (Figuras 3–10). Esses diagramas mostram correlações muito altas entre as previsões por NIR e os valores medidos dos diferentes parâmetros usando métodos convencionais demorados. Do total, 25% das amostras foram selecionadas como conjunto de validação e os outros 75% como conjunto de calibração. As respectivas figuras de mérito (FOM) mostram a precisão esperada durante a análise de rotina.

Figura 2. Conjunto sobreposto de espectros NIR de amostras de gasolina analisadas com o OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Resultado do AKI na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do AKI da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 3. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do AKI da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC	SECV	SEP
0.974	0.41	0.43	0.45

Resultado do MON na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do MON da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 4. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do MON da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC	SECV	SEP
0.958	0.35	0.39	0.37

Resultado do RON na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do RON da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 5. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do RON da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados de acordo com testes de motor CFR sob condições controladas. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC	SECV	SEP
0.970	0.58	0.64	0.64

Resultado de olefinas na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão de olefinas da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 6. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão de olefinas da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC (%)	SECV (%)	SEP (%)
0.916	1.12	1.22	1.31

Resultado da densidade na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão da densidade da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados usando um densímetro. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 7. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão da densidade da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados usando um densímetro. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC (g/cm³)	SECV (g/cm³)	SEP (g/cm³)
0.991	0.0007	0.0007	0.0009

Resultado de aromáticos na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do teor de aromáticos da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 8. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do teor de aromáticos da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC (%)	SECV (%)	SEP (%)
0.973	0.94	1.09	0.973

Resultado do benzeno na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do teor de benzeno da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 9. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão do teor de benzeno da gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC (%)	SECV (%)	SEP (%)
0.979	0.01	0.01	0.02

Resultado de oxigenados na gasolina

Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão de oxigenados na gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

Figura 10. Diagrama de correlação e as respectivas figuras de mérito para a previsão de oxigenados na gasolina usando um OMNIS NIR Analyzer Liquid. Os valores de referência do laboratório foram determinados por cromatografia gasosa. O conjunto de dados de calibração é mostrado em azul, e o conjunto de dados de validação externa está em verde.

R²P	SEC (%)	SECV (%)	SEP (%)
0.992	0.0398	0.0435	0.0496

Conclusão

Esta Nota de Aplicação demonstra a viabilidade do uso da espectroscopia NIR para o teste de qualidade da gasolina. Em comparação com os métodos químicos úmidos, o tempo de obtenção do resultado é uma grande vantagem do NIRS. Cada medição é realizada em poucos segundos, e todos os parâmetros são medidos simultaneamente. A possibilidade de análise totalmente automatizada em combinação com o OMNIS Sample Robot M – NIR aumenta o rendimento, maximizando a eficiência do controle de qualidade da gasolina. Com a pré-calibração de gasolina OMNIS (6.06008.008), os usuários podem medir todos os parâmetros mencionados desde o primeiro dia.

Contato