高孙慧

摘 要 为研究全自动激光法测定航空煤油冰点的最佳测试条件，本研究对全自动激光法的降温速率、升温程序、激光功率、检测角度和样品量等参数对测定航空煤油冰点的影响进行分析。同时，通过全自动激光法测定3种不同标准值的冰点标准物质及6组航空煤油待测样品的冰点，验证方法的准确度和精密度。结果表明，全自动激光法测定航空煤油冰点的最佳分析条件为降温速率（10±5）℃/min、初始升温速率（3±0.5）℃/min、激光功率5 mW、散射检测角度90°和样品量10 mL，冰点标准物质及6组航空煤油的测定结果与国标法GB/T 2430—2018测定结果一致。通过优化参数，结果准确度高，且操作更简便，效率更高。

关键字 航空煤油；全自动激光法；冰点

Research on the Optimal Test Conditions for Determining the Freezing Point of Aviation Kerosene Using a Fully Automatic Laser Method

GAO Sun-Hui ¹

Abstract To investigate the optimal testing conditions for determining the freezing point of aviation kerosene using a fully automated laser method, this paper explores the influence of parameters cooling rate, heating program, laser power, detection angle, and sample volume on measurement performance. Meanwhile, the accuracy and precision of the method were verified by measuring three freezing point reference materials with different standard values and six groups of aviation kerosene samples. The results show that the optimal analysis conditions for the fully automated laser method are: a cooling rate of (10±5) °C/min, an initial heating rate of (3±0.5) °C/min, a laser power of 5 mW, a scattering detection angle of 90°, and a sample volume of 10 mL. The freezing point values obtained for both the reference materials and the kerosene samples were consistent with those measured using the national standard method GB/T 2430—2018. The optimized method not only offers high accuracy but also simplifies operation and improves efficiency.

Keywords aviation kerosene; fully automatic laser method; freezing point

作者简介：高孙慧（1990—），女，汉族，海南东方人，本科，工程师，主要从事石油化工/矿产品检测研究工作，E-mail: 272995193@qq.com

1. 海口海关技术中心 海口 570311

1. Technology Center of Haikou Customs District, Haikou 570311

航空煤油作为飞机在高空中飞行的重要动力燃料，品质要求很高，而冰点是航空煤油低温流动性的一项重要指标，其冰点影响着飞行安全^[1]。随着全球气候变化加剧和极地航线需求增长，对航空煤油冰点检测技术提出了更高要求。当前主流的冰点检测方法主要包括目视观察法、自动相变法和差示扫描量热法等方法体系，这些方法在检测精度、操作便捷性和适用范围等方面各具特点，但也面临诸多挑战。例如，目视观察法存在主观性强、检测周期长等局限；自动相变法虽然精度较高，但设备维护复杂；差示扫描量热法虽然能提供精确的热力学数据，但操作流程繁琐且设备投入大。目视观察法的相关标准有国标法GB/T 2430—2018《喷气燃料冰点测定法》^[2]，自动相变法的相关标准有国际标准ASTM D2386—19 ^[3]，而国际标准ASTM D7153—22a^є1[4]则是利用全自动激光法测定航空燃料冰点，检测效率高、准确度高、检测范围广，其采用的全自动激光检测技术具有非接触测量、自动化程度高和检测速度快等显著优势，为解决传统检测方法存在的问题提供了新思路。本研究基于激光散射原理，通过优化制冷程序、光学检测参数和信号处理算法等关键技术，探索检测航空煤油冰点的影响因素，找寻全自动激光法测定航空煤油冰点的最佳分析条件^[5-7]。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

冰点测定仪（FZP5G2S，日本电子株式会社）；10 mL注射器；烧杯。

冰点标准物质（GBW(E)130906，中国计量科学研究院）；冰点标准物质（GBW(E)130907，中国计量科学研究院）；冰点标准物质（ASTM-P-129-01，美国材料与试验协会）；6组航空煤油待测样品（1号喷气燃料脱水样品、1号喷气燃料未脱水样品、2号喷气燃料脱水样品、2号喷气燃料未脱水样品、3号喷气燃料脱水样品及3号喷气燃料未脱水样品）。

全自动激光冰点测试仪基本构造如图1所示。

图1 全自动激光冰点测试仪基本构造^[8]

Fig.1 Basic structure of the fully automatic laser freezing point analyzer^[8]

1.2 实验方法

打开仪器电源开关，待仪器稳定后，用10 mL注射器取10 mL航空煤油样品，注射进仪器中，烧杯接收流出样品，成股流出，注射器预留少量样品，避免空气进入仪器影响检测结果。在仪器界面按“START”键进行操作，仪器按程序降温后检测，自动读出冰点示数；读数完成后，仪器自动回升至室温后用正庚烷清洗2次，检测结束，关闭仪器，封好进样口。注意仪器设备要放置在平整、洁净的平台上，实验过程中不能抽拔注射器，实验完毕，用注射器抽空气注入仪器，把仪器中的航空煤油排水，清洗擦净仪器。

1.3 样品预处理

样品预处理是确保冰点测定准确性的关键环节。所有航空煤油样品在测试前均经过以下预处理流程：（1）脱水处理：通过0.22 μm聚四氟乙烯滤膜过滤后，加入3Å分子筛（预先在300℃活化4 h），密封静置24 h，使水分含量＜30 ppm；（2）除气处理：将样品置于超声波清洗仪（40 kHz）中脱气15 min，随后在10℃环境下静置2 h；（3）杂质去除：经0.45 μm玻璃纤维滤膜二次过滤。

2 结果与讨论

2.1 实验原理

全自动激光法测定航空煤油冰点是通过单色光波照射航空煤油，检测垂直于激光光路的透明度及透光度信号。当透明度信号出现时，仪器判定有航空煤油的烃结晶颗粒出现，随即停止降温，而后启动升温程序，透明度信号开始下降，至透明度恢复到基线时，透明度信号消失，烃结晶完全融化消失，这时的航空煤油样品温度为航空煤油的冰点^[4]。 图2所示是全自动激光冰点测试仪的原理 ^[8-11]。

图2 全自动激光冰点测试仪测定冰点原理

Fig.2 Principle of freezing point determination process utilizing a fully automated laser cryoscope

2.2 参数优化

优化全自动激光法测定航空煤油冰点的关键参数，通过FZP5G2S型全自动激光冰点测定仪，控制各个优化参数的测试范围考察仪器的降温速率、升温程序、检测角度和样品量等参数的影响，找到最佳测试条件。如表1所示，通过优化参数，得出最佳分析条件为降温速率（10±5）℃/min、初始升温速率（3±0.5）℃/min、激光功率5 mW、散射检测角度90°和样品量10 mL。

2.3 方法准确度

为验证全自动激光法最佳测试条件测定航空煤油冰点的准确性，选取编号为GBW(E)130906、GBW(E)130907及ASTM-P-129-01共3种不同标准值的冰点标准物质进行测试，并将结果与标准物质证书值及GB/T 2430—2018标准方法测定值进行对比分析，见表2。实验结果表明，全自动激光法5次重复测试结果与标准物质证书值的偏差范围为0.0～0.3℃，而标准物质证书值与GB/T 2430—2018方法测定结果的偏差为0.4～0.5℃。由此可见，全自动激光法的测试数据与标准值的吻合度更高，表明该方法具有更优的准确性和可靠性。此外，全自动激光法的测试精密度良好，5次重复测试结果的极差符合标准要求，进一步验证了该方法的稳定性。相较于传统方法，全自动激光法在减少人为误差、提高测试效率方面具有显著优势，适用于航空燃料冰点的高精度测定。

采用全自动激光法的最佳测试条件对6组航空煤油待测样品1号、2号及3号喷气燃料（未脱水及脱水样品）的冰点进行测定，并与GB/T 2430—2018标准方法进行对比分析。实验结果表明，全自动激光法在精密度和准确度方面均符合国家标准要求，且具有操作简便、自动化程度高等优势。如表3所示，全自动激光法6组5次重复测试结果的极差范围为0.0～0.3℃，优于GB/T 2430—2018规定的平行测定允许偏差（≤0.7℃），表明该方法具有较高的重复性和稳定性；全自动激光法测试结果的平均值与标准方法的偏差为0.3～0.5℃，远低于标准规定的实验室误差上限（≤2.6℃），证明该方法具有良好的准确性。实验发现，脱水后样品的冰点测试结果均有所下降，推测是由于脱水过程中部分轻质烃类组分流失，导致样品低温流动性发生变化。相较于传统方法，全自动激光法操作简便，无需人工持续监控，进样后即可自动完成测试，显著提高了检测效率，适用于航空煤油冰点的快速、精准测定。

2.4 方法精密度

选取3组航空煤油待测样品（1号喷气燃料脱水样品、2号喷气燃料脱水样品、3号喷气燃料脱水样品）及3组标准物质（GBW(E)130906、GBW(E)130907、ASTM—P—129—01）进行方法精密度验证。如表4所示，每种样品连续测定11次。计算结果显示：所有样品的测试标准偏差均小于0.3℃，相对标准偏差RSD均低于0.5%。其中，1号喷气燃料的精密度最佳（SD = 0.18℃，RSD = 0.28%），其余样品的RSD分布在0.30%～0.48%范围内。数据充分表明，选择最佳分析条件的全自动激光法具有优良的测定精密度，完全满足ASTM D7153—22a^є1对航空燃料冰点测定方法的要求（RSD＜0.5%）。值得注意的是，即使在接近方法检测下限（-65℃）的低温区域，该方法仍能保持稳定的精密度表现，这为航空煤油低温性能的准确评估提供了可靠的技术保障。

3 结论

本研究通过系统优化全自动激光法测定航空煤油冰点的关键参数，建立了一种高效、精确的检测方法。研究结果表明：通过参数优化实验，确定了最佳测试条件体系，降温速率（10±5）℃/min、初始升温程序（3±0.5）℃/min、激光功率5 mW、散射检测角度90°和样品量10 mL。方法验证显示， 3组航空煤油样品和标准物质的测定标准偏差均小于0.3℃，相对标准偏差RSD控制在0.5%以内，其中1号喷气燃料的精密度最佳（RSD = 0.28%）。标准物质测定结果与证书值的偏差符合要求，表明该方法具有良好的精密度、准确度和抗干扰能力。

参考文献

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表1 全自动激光法测定航空煤油冰点的参数优化结果

Table 1 Parameter optimization results for determining the freezing point of aviation kerosene using a fully automatic laser method

表2 全自动激光法冰点标准物质测试结果与GB/T 2430—2018标准方法测试结果比对

Table 2 Comparison of test results for standard substance for freezing point between the fully automatic laser method

and the GB/T 2430—2018 method

表3 全自动激光法测试6组航空煤油待测样品冰点与GB/T 2430—2018标准方法结果比对

Table 3 Comparison between freezing point test results of six groups of aviation kerosene samples between the fully automatic laser method and the GB/T 2430—2018 standard method

表4 3组航空煤油样品及3组标准物质的方法精密度验证结果

Table 4 Verification results of method precision for three groups of aviation kerosene samples and three groups of reference materials

注: 以上所有样品和标准物质均已经过脱水、除气、过滤预处理.