專利名稱：變壓器油中金屬含量的測定方法
技術領域：
本發明屬于變壓器油中金屬含量的測定領域，具體涉及變壓器油中金屬含量的測定方法。
背景技術：
變壓器油是碳氫化合物的混合物，主要由烷烴、環烷烴、芳香烴等烴類組成，在變壓器中主要起絕緣和冷卻的作用。變壓器油質量和性能的好壞，直接影響著變壓器的安全穩定運行。變壓器在過熱或放電等情況下運行，相關金屬部件會發生腐蝕、融損于變壓器油中。變壓器油中金屬的存在，催化油的氧化反應，進而加速油的劣化。檢測變壓器油中金屬含量可以監控變壓器的運行狀態。因為變壓器油中的金屬含量非常低，一般為幾十到幾百μ g/kg，所以要求檢測方 法的檢測限達到PPb級。目前檢測變壓器油中金屬含量的方法主要是石墨爐原子吸收光譜法，該方法操作簡單，技術成熟，檢測限能夠達到幾十甚至幾個μ g/kg，滿足變壓器油中金屬含量的檢測要求。但是用該方法檢測，其檢測結果的準確性和重復性較差，相對誤差甚至達到50%。為了提高石墨爐原子吸收光譜法檢測油中金屬含量的準確性和重復性，通過對樣品前處理過程條件的研究、合適的碳化和灰化溫度的選擇，試劑用酸的純化處理以及合適的基體改進劑的選擇，有效的提高檢測結果的準確性和重復性。
發明內容
本發明的目的在于建立一種提高檢測準確性和重復性并減小測量誤差的變壓器油中金屬含量的測定方法。具體檢測方法如下
(1)濃鹽酸、濃硝酸的純化處理和配制
通過兩級亞沸蒸餾器分別對濃鹽酸、濃硝酸進行蒸餾純化，處理過的濃鹽酸中銅金屬含量低于O. Ippb,鐵金屬含量低于O. 8ppb ;處理過的濃硝酸中銅金屬含量低于O. Ippb,鐵金屬含量低于O. 3ppb ；
將處理過的濃鹽酸用高純水配制成體積比濃度50%的鹽酸溶液；將處理過的濃硝酸用高純水分別配制成體積比濃度50%的硝酸溶液和體積比濃度2%的硝酸溶液；
(2)金屬元素標準曲線的測定
用高純水分別將質量濃度為ΙΟΟΟμ g/mL的銅標準溶液、質量濃度為ΙΟΟΟμ g/mL的鐵標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的錳標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的鋅標準溶液和質量濃度為100 μ g/mL的鋁標準溶液分別配置成濃度為O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/L、80 μ g/L、100 μ g/L 的銅標準水溶液和濃度為 O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/L、80 μ g/L、100 μ g/L的鐵標準水溶液；再分別配置濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/L、50 μ g/L的錳標準水溶液、濃度為O μ g/L,20 μ g/L,30 μ g/L,40 μ g/L,50 μ g/L的鋅標準水溶液和濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/L、50 μ g/L的鋁標準水溶液；用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定上述濃度的銅標準水溶液、鐵標準水溶液、錳標準水溶液、鋁標準水溶液、鋅標準水溶液中金屬元素的吸光度，以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標分別制作銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線；
(3)變壓器油中金屬元素的測定 (3. I)變壓器油的前處理
變壓器油的碳化分別取兩只石英燒杯，在其中一只石英燒杯內加入15 20g變壓器油，另一只石英燒杯不加變壓器油，分別放在電熱板上加熱，加熱溫度為300 330°C，時間5 6h，關閉電熱板，冷卻至室溫，分別得到碳化的變壓器油和空白石英燒杯；
灰化過程將裝有碳化的變壓器油的石英燒杯和空白石英燒杯放入馬弗爐內，以升溫速度為10°C /min升溫至400°C，恒溫20 min ;再以升溫速度5°C /min升溫至650°C，恒溫Ih;關閉馬弗爐，冷卻至室溫，取出上述兩只石英燒杯，分別得到變壓器油的灰化物和灰化空白石英燒杯；
酸解灰化物在裝有變壓器油的灰化物的石英燒杯中和灰化空白石英燒杯中分別加入·7. 5mL體積比濃度50%的鹽酸溶液和2. 5mL體積比濃度50%的硝酸溶液，將所述兩只石英燒杯放在溫度100 120°C的電熱板上加熱，加熱時間為20 30min ;冷卻至室溫，分別加入體積比濃度2%的硝酸溶液，定容到50mL，分別得到變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液；
(3. 2)石墨爐原子吸收法測定
用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬元素的吸光度；在測定鋁、鋅金屬元素的吸光度時需要加入10 20 μ L濃度為O. 01g/mL硝酸銨，硝酸銨為基體改進劑；在步驟(2)所述的銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線上分別得到變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬含量數值，含量數值的單位為μ g/L;
(3.3 )將金屬含量數值由體積濃度換算為質量濃度 按下式換算
(Cl-Co) X V
C 二-
m
式中c——試樣中分析元素的濃度，單位為μ g/kg ；
C0——從金屬元素標準曲線上得到的灰化空白石英燒杯溶液的濃度，單位為μ g/L ；
C1—從金屬元素標準曲線上得到的變壓器油溶液的濃度，單位為μ g/L ； m—變壓器油的量，單位為g ；
V-酸解灰化物的定容體積，單位為mL。所述的變壓器油中金屬含量的測定方法，濃鹽酸的純化處理中的第一級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為60 70°C，時間為3h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為60 70°C，時間為4h ;濃硝酸的純化處理中的第一級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為80 90°C，時間為6h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為80 90°C，時間為8h。
本發明通過以下幾個方面提高檢測結果的準確性和重復性，減小檢測結果的誤差改進變壓器油碳化的方法，控制油樣碳化溫度，減小待測元素的逸散；選擇合適的灰化溫度，控制灰化過程中的升溫速度，確保油樣完全灰化；對試劑用酸進行二次亞沸蒸餾純化處理，降低試劑用酸中的金屬含量，使其在I μ g/kg 以內；選擇合適的基體改進劑，減少背景干擾，穩定檢測信號，提高儀器檢測的靈敏度。本發明的有益技術效果是使變壓器油檢測結果的相對偏差小于10%，相對誤差小于5%，保證了原子吸收光譜法檢測變壓器油中金屬含量的準確性和重復性，為變壓器運行狀態評估和狀態檢修提供技術支持。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步地描述。所需試劑如下
濃鹽酸優級純；
濃硝酸優級純；
高純水電阻率(25°C)為18. 25ΜΩ .CM ；
銅標準溶液(國家標準物質研究中心)1000 μ g/mL ；
鐵標準溶液(國家標準物質研究中心)1000 μ g/mL ；
錳標準溶液(國家標準物質研究中心)1000 μ g/mL ；
鋁標準溶液(國家標準物質研究中心)100 μ g/mL ；
鋅標準溶液(國家標準物質研究中心)1000 μ g/mL。實施例I
(1)濃鹽酸、濃硝酸的純化處理和配制
通過兩級亞沸蒸餾器對濃鹽酸進行蒸餾純化，第一級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為40mL/h，蒸餾溫度為60°C，時間為3h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為30mL/h,蒸餾溫度為65°C，時間為4h ;處理過的濃鹽酸中銅金屬含量低于O. lppb，鐵金屬含量低于O. 8ppb ；
同樣通過兩級亞沸蒸餾器對濃硝酸進行蒸餾純化，第一級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為40mL/h，蒸餾溫度為80°C，時間為6h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為30mL/h，蒸餾溫度為85°C，時間為8h ;處理過的濃硝酸中銅金屬含量低于O. lppb，鐵金屬含量低于O. 3ppb ；
將處理過的濃鹽酸用高純水配制成體積比濃度50%的鹽酸溶液；將處理過的濃硝酸用高純水分別配制成體積比濃度50%的硝酸溶液和體積比濃度2%的硝酸溶液；
(2)金屬元素標準曲線的測定
用高純水分別將質量濃度為1000 μ g/mL的銅標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的鐵標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的錳標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的鋅標準溶液和質量濃度為100 μ g/mL的鋁標準溶液分別配置成濃度為O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/L、80 μ g/L、100 μ g/L 的銅標準水溶液和濃度為 O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/L、80 μ g/L、100 μ g/L的鐵標準水溶液；再分別配置濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/L、50 μ g/L的錳標準水溶液、濃度為O μ g/L,20 μ g/L,30 μ g/L,40 μ g/L,50 μ g/L的鋅標準水溶液和濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/L、50 μ g/L的鋁標準水溶液；
用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定上述濃度的銅標準水溶液、鐵標準水溶液、錳標準水溶液、鋁標準水溶液、鋅標準水溶液中金屬元素的吸光度，以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標分別制作銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線；
(3)變壓器新油中金屬元素的測定 (3. I)變壓器油的前處理
變壓器油的碳化分別取兩只石英燒杯，在其中一只石英燒杯內加入19.91g變壓器新油，另一只石英燒杯不加變壓器油，分別放在電熱板上加熱，加熱溫度為300°C，時間6h，關閉電熱板，冷卻至室溫，分別得到碳化的變壓器油和空白石英燒杯；
灰化過程將裝有碳化的變壓器新油的石英燒杯和空白石英燒杯放入馬弗爐內，以升溫速度為10°C /min升溫至400°C，恒溫20 min ;再以升溫速度5°C /min升溫至650°C，恒溫Ih ;關閉馬弗爐，冷卻至室溫，取出上述兩只石英燒杯，分別得到變壓器油的灰化物和灰化空白石英燒杯；
酸解灰化物在裝有變壓器油的灰化物的石英燒杯中和灰化空白石英燒杯中分別加入7. 5mL體積比濃度50%的鹽酸溶液和2. 5mL體積比濃度50%的硝酸溶液，將所述兩只石英燒杯放在溫度100°c的電熱板上加熱，加熱時間為30min ;冷卻至室溫，分別加入體積比濃度2%的硝酸溶液，定容到50mL，分別得到變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液；
(3. 2)石墨爐原子吸收法測定
用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬元素的吸光度；在測定鋁金屬元素的吸光度時需要加入20 μ L濃度為O. OI g/mL硝酸銨，在測定鋅金屬元素的吸光度時需要加入10 μ L濃度為O. OI g/mL硝酸銨，硝酸銨為基體改進劑；在步驟(2)所述的銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線上分別得到灰化空白石英燒杯溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬含量數值I. 24 μ g/L,5. 79 μ g/LU. 07μ g/L、8. 94μ g/L、9. 03 μ g/L,變壓器油溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬含量數值12. 99 μ g/L,21. 53 μ g/L,2. 85 μ g/L、18. 53 μ g/L、16. 24 μ g/L ；
(3. 3)將金屬含量數值由體積濃度換算為質量濃度 按下式換算
權利要求
1.變壓器油中金屬含量的測定方法，其特征在于具體操作步驟如下(1)濃鹽酸、濃硝酸的純化處理和配制通過兩級亞沸蒸餾器分別對濃鹽酸、濃硝酸進行蒸餾純化，處理過的濃鹽酸中銅金屬含量低于O. Ippb,鐵金屬含量低于O. 8ppb ;處理過的濃硝酸中銅金屬含量低于O. Ippb,鐵金屬含量低于O. 3ppb ；將處理過的濃鹽酸用高純水配制成體積比濃度50%的鹽酸溶液；將處理過的濃硝酸用高純水分別配制成體積比濃度50%的硝酸溶液和體積比濃度2%的硝酸溶液；(2)金屬元素標準曲線的測定用高純水分別將質量濃度為ΙΟΟΟμ g/mL的銅標準溶液、質量濃度為ΙΟΟΟμ g/mL的鐵標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的錳標準溶液、質量濃度為1000 μ g/mL的鋅標準溶液和質量濃度為100 μ g/mL的鋁標準溶液分別配置成濃度為O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/ L、80 μ g/L、100 μ g/L 的銅標準水溶液和濃度為 O μ g/L、20 μ g/L、40 μ g/L、60 μ g/L、 80 μ g/L、100 μ g/L的鐵標準水溶液；再分別配置濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/ L、50 μ g/L的錳標準水溶液、濃度為O μ g/L,20 μ g/L,30 μ g/L,40 μ g/L,50 μ g/L的鋅標準水溶液和濃度為O μ g/L、20 μ g/L、30 μ g/L、40 μ g/L、50 μ g/L的鋁標準水溶液；用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定上述濃度的銅標準水溶液、鐵標準水溶液、錳標準水溶液、鋁標準水溶液、鋅標準水溶液中金屬元素的吸光度，以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標分別制作銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線；(3)變壓器油中金屬元素的測定(3. I)變壓器油的前處理變壓器油的碳化分別取兩只石英燒杯，在其中一只石英燒杯內加入15 20g變壓器油，另一只石英燒杯不加變壓器油，分別放在電熱板上加熱，加熱溫度為300 330°C，時間 5 6h，關閉電熱板，冷卻至室溫，分別得到碳化的變壓器油和空白石英燒杯；灰化過程將裝有碳化的變壓器油的石英燒杯和空白石英燒杯放入馬弗爐內，以升溫速度為10°C /min升溫至400°C，恒溫20 min ;再以升溫速度5°C /min升溫至650°C，恒溫 Ih;關閉馬弗爐，冷卻至室溫，取出上述兩只石英燒杯，分別得到變壓器油的灰化物和灰化空白石英燒杯；酸解灰化物在裝有變壓器油的灰化物的石英燒杯中和灰化空白石英燒杯中分別加入.7.5mL體積比濃度50%的鹽酸溶液和2. 5mL體積比濃度50%的硝酸溶液，將所述兩只石英燒杯放在溫度100 120°C的電熱板上加熱，加熱時間為.20 .30min ;冷卻至室溫，分別加入體積比濃度2%的硝酸溶液，定容到50mL，分別得到變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液；(3. 2)石墨爐原子吸收法測定用石墨爐原子吸收光譜儀分別測定變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液中的銅、 鐵、錳、鋁、鋅金屬元素的吸光度；在測定鋁、鋅金屬元素的吸光度時需要加入10 20 μ L濃度為0. 01g/mL硝酸銨，硝酸銨為基體改進劑；在步驟(2)所述的銅、鐵、錳、鋁、鋅的金屬元素標準曲線上分別得到變壓器油溶液和灰化空白石英燒杯溶液中的銅、鐵、錳、鋁、鋅金屬含量數值，含量數值的單位為μ g/L;(3.3 )將金屬含量數值由體積濃度換算為質量濃度按下式換算
2.根據權利要求I所述的變壓器油中金屬含量的測定方法，其特征在于濃鹽酸的純化處理中的第一級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為60 70°C，時間為3h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃鹽酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為 60 70°C，時間為4h ;濃硝酸的純化處理中的第一級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為 30 40mL/h，蒸餾溫度為80 90°C，時間為6h ;第二級亞沸蒸餾純化過程濃硝酸流出速度為30 40mL/h，蒸餾溫度為80 90°C，時間為8h。
全文摘要
本發明涉及變壓器油中金屬含量的測定方法。該方法的具體操作步驟如下1.濃鹽酸濃硝酸的純化處理和配制，2.金屬元素標準曲線的測定，3.變壓器運行油中金屬元素的測定。本發明通過純化所用試劑、優化油樣的碳化、灰化處理工藝、添加適量的基體改進劑提高了變壓器油中金屬測定靈敏度和準確性；使變壓器油檢測結果的相對偏差小于10%，相對誤差小于5%，保證了原子吸收光譜法檢測變壓器油中金屬含量的準確性和重復性，為變壓器運行狀態評估和狀態檢修提供技術支持。
文檔編號G01N1/44GK102928367SQ20121042216
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者祁炯, 蘇鎮西, 宋玉梅, 袁小芳, 邵麗驊 申請人:安徽省電力科學研究院