Индикаторный элемент для определения содержания воды и механических примесей в авиационном топливе

Изобретение относится к устройствам для определения качества авиационного топлива и нефтепродуктов. Раскрыт индикаторный элемент для определения содержания воды и механических примесей в авиационном топливе, включающий два слоя гидрофобной пористой основы со структурой ультратонких волокон, первый из которых пропитан раствором железа сернокислого (III), второй - раствором смеси калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого, при этом оба слоя пропитаны растворами с одним и тем же растворителем, содержащим воду дистиллированную, спирт этиловый и этилцеллозольв, высушены и скреплены между собой. Структура обоих слоев ультратонких волокон имеет пористость от 23 до 37%, концентрация железа сернокислого (III) в пропитке первого слоя составляет 10-15%, соотношение калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого в пропитке второго слоя составляет 1:(45-55), а растворитель содержит следующее соотношение входящих в него компонентов, об.%: вода дистиллированная 50-57; спирт этиловый 40-47; этилцеллозольв 3-10. Изобретение обеспечивает повышение точности, экспрессности и воспроизводимости результатов анализа авиационного топлива. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для определения качества авиационного топлива и нефтепродуктов, в частности керосина и авиационных масел.

Известен индикаторный элемент, состоящий из двух слоев пористой основы, высушенных и скрепленных друг с другом. Первый слой пропитан в соли FeSO₄, второй - K₄[Fe(CN)₆], (СССР, а.с. №306416 от 12.06.1970, кл. G01N 31/32).

Недостатком этого элемента является трудность определения механических примесей в топливе, так как при контакте с водой изменяется окраска обоих слоев, несмотря на то, что основная реакция происходит во втором слое при вымывании из первого слоя двухвалентного железа. Окрашивание первого слоя не позволяет измерить механические примеси.

Известен также индикаторный элемент (RU, пат. №2267779 от 21.09.2004, кл. G01N 31/22, 33/22), включающий два слоя гидрофобного пористого полимерного материала со структурой ультратонких волокон. Первый слой пропитан в растворе 6-9% железа сернокислого (III), второй - в растворе солей калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого при их соотношении в этом слое 1:(25-35), а растворитель содержит (об. %): воду дистиллированную 40-60, спирт этиловый 30-50, этилцеллозольв 5-15, при этом структура ультратонких волокон материала имеет удельную плотность упаковки 0,013-0,066 кг/м²⋅мм вод. ст. По количеству совпадающих признаков и достигаемому результату этот индикаторный элемент принят за прототип предполагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является неудовлетворительная точность проводимых анализов топлива. В результате проведенных исследований данных индикаторов было выявлено, что указанная относительная плотность упаковки волокон не позволяет ввести внутрь слоя материала количество реагентов, необходимое для проведения качественной реакции на присутствие как свободной воды в топливе, так и в виде микрокапель. Введение большего количества, например, калия железосинеродистого, снижает качество анализов из-за появления на желтом фоне пористого материала красноватой кристаллической формы, а увеличение количества железа сернокислого ведет к выделению избыточного количества кристаллогидратов Fe₂(SO₄)₃⋅9Н₂О на поверхности пористого материала.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности, экспрессности и воспроизводимости результатов анализа авиационного топлива.

Указанный технический результат достигается за счет того, что предложенный индикаторный элемент для определения воды и механических примесей в авиационном топливе состоит из двух слоев гидрофобной пористой основы со структурой ультратонких волокон, имеющих в обоих слоях удельную пористость от 23 до 37%, первый слой пропитан раствором железа сернокислого (III), концентрация которого в пропитке составляет 10-15%, второй слой пропитан раствором смеси калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого, соотношение которых составляет 1:(45-55), при этом оба слоя пропитаны растворами с одним и тем же растворителем, содержащим (об. %): воду дистиллированную 50-70, спирт этиловый 40-60, этилцеллозольв 3-10. Оба слоя высушены и скреплены.

Отличием предлагаемого индикаторного элемента от прототипа является то, что структура ультратонких волокон имеет удельную пористость от 23 до 37%, концентрация железа сернокислого (III) в пропитке первого слоя составляет 10-15%, соотношение калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого в пропитке второго слоя составляет 1:(45-55), а растворитель содержит следующее соотношение входящих в него компонентов об. %: вода дистиллированная 50-70, спирт этиловый 40-60, этилцеллозольв 3-10.

Использование указанных признаков в предлагаемом индикаторном элементе для определения содержания воды и механических примесей в авиационном топливе позволяет значительно повысить точность, экспрессность и воспроизводимость результатов анализов. Это было подтверждено и многочисленными исследованиями, где было обнаружено, что использование указанных признаков в предлагаемом индикаторном элементе позволяет индикаторным веществам беспрепятственно проникать во внутренние слои основы (как в поры между волокнами, так и во внешние поры самих волокон). В результате в реакцию вступает вся вода, содержащаяся в топливе: и свободная, и растворенная, что значительно повышает качество, экспрессность и воспроизводимость результатов анализов авиационного топлива.

Из научно-технической литературы авторам не известен индикаторный элемент для определения воды и механических примесей в авиационном топливе, содержащий совокупность заявленных признаков.

Пористая основа предлагаемого индикаторного элемента с удельной пористостью от 23 до 37% изготовлена из ультратонких полимерных волокон.

В таблице 1 представлена зависимость свойств предлагаемого индикаторного элемента от удельной пористости структуры ультратонких волокон.

Из данных таблицы видно, что при удельной пористости структуры ультратонких волокон меньше 23% отпечаток в месте реакции размыт, а с увеличением выше 37% разрывная нагрузка резко уменьшается, появляется хрупкость полимерных волокон основы. Только при удельной пористости структуры ультратонких волокон 23-37% отпечаток на индикаторе яркий, четкий и достаточная прочность полимерных волокон основы. По сравнению с прототипом предлагаемая пористая основа из ультратонких полимерных волокон обладает более высокими качественными показателями.

Практика показывает, что при удельной пористости структуры ультратонких полимерных волокон ниже 23%, возрастает время протекания реакции по определению воды в топливе.

Для придания описанной выше пористой основе свойств индикатора ее пропитывают в растворах водочувствительных солей. Первый слой пропитан в растворе железа сернокислого (III) в смеси воды дистиллированной, спирта этилового и этилцеллозольва.

Оптимальная концентрация железа сернокислого (III) в пропитке первого слоя составляет 10-15%. При его концентрации меньше 10% резко падает качество индикации, снижается экспрессность метода и воспроизводимость результатов анализа, а больше 15% - на поверхности пропитанной основы выделяется избыточное количество кристаллогидратов Fe₂(SO₄)₃⋅9H₂O, что ведет к преждевременной качественной реакции на ионы трехвалентного железа. Основа при этом сохраняет белый цвет. Второй слой пропитан в растворе смеси калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого при их удовлетворительном соотношении 1:(45-55), уменьшение количества калия железосинеродистого ниже заявленного и увеличение калия железистосинеродистого выше заявленного снижает качество индикации. Воспроизводимость результатов анализов затрудняется из-за неустойчивости двухвалентного железа, присутствующего в калии железистосинеродистом, к кислороду воздуха. Увеличение количества калия железосинеродистого выше заявленного и уменьшение количества калия железистосинеродистого ведет к появлению на желтом фоне пористой основы красноватых кристаллов, что также снижает качество и чувствительность индикации. Основа при этом приобретает цвет от светложелтого до желтого.

После пропитки слои высушивают и скрепляют между собой.

Растворитель содержит (об. %):

• вода дистиллированная 50-70

• спирт этиловый 40-60

• этилцеллозольв 3-10

Уменьшение количества воды дистиллированной ниже заявленного и увеличение количества спирта этилового выше заявленного ведет к ухудшению растворения твердых компонентов и снижению фильтрующих свойств пористой основы, а увеличение количества воды дистиллированной выше заявленного и уменьшение количества спирта этилового ниже заявленного ведет к ухудшению проникающих свойств растворов, т.е. после высыхания пористой основы соли осаждаются в основном на ее поверхности, что резко снижает воспроизводимость результатов анализа, а увеличение -ухудшает свойства пористой основы.

Снижение содержания этилцеллозольва ниже заявленного ведет к повышенному испарению спирта этилового в процессе пропитки пористой основы, а увеличение содержания этилцеллозольва выше заявленного снижает растворимость твердых компонентов и ведет к образованию кристаллов красного цвета, что снижает точность анализов.

Индикаторный элемент работает следующим образом: авиационное топливо, содержащее как свободную, так и растворенную воду в небольших количествах, проходит через первый слой индикатора, оставляет на его поверхности имеющиеся механические примеси и одновременно вымывает ионы железа (цвет основы остается белым), которые участвуют в химической реакции во втором слое, изменяя цвет индикатора на синий или бледноголубой, или голубой - в зависимости от количества содержащейся в топливе воды.

Таким образом, предложенный индикаторный элемент для определения содержания воды в авиационном топливе позволяет значительно повысить точность анализов, воспроизводимость результатов анализов и уменьшить время индикации за счет повышения чувствительности основы вследствие использования ультратонких полимерных волокон с высокой внешней пористостью, что позволило увеличить доступность проникновения индикаторных веществ внутрь пористой основы.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Индикаторный элемент для определения содержания воды и механических примесей в авиационном топливе, включающий два слоя гидрофобной пористой основы со структурой ультратонких волокон, первый из которых пропитан раствором железа сернокислого (III), второй - раствором смеси калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого, при этом оба слоя пропитаны растворами с одним и тем же растворителем, содержащим воду дистиллированную, спирт этиловый и этилцеллозольв, высушены и скреплены между собой, отличающийся тем, что структура обоих слоев ультратонких волокон имеет пористость от 23 до 37%, концентрация железа сернокислого (III) в пропитке первого слоя составляет 10-15%, соотношение калия железосинеродистого и калия железистосинеродистого в пропитке второго слоя составляет 1:(45-55), а растворитель содержит следующее соотношение входящих в него компонентов, об.%:

вода дистиллированная	50-57
спирт этиловый	40-47
этилцеллозольв	3-10