ISO 2613-1:2023
(Main)Analysis of natural gas — Silicon content of biomethane — Part 1: Determination of total silicon by atomic emission spectroscopy (AES)
Analysis of natural gas — Silicon content of biomethane — Part 1: Determination of total silicon by atomic emission spectroscopy (AES)
This document is applicable to the measurement of the total silicon content in gaseous matrices such as biomethane and biogas. Silicon is present in a gas phase contained predominantly in siloxane compounds, trimethylsilane and trimethylsilanol. The analytical form of the silicon measured in liquid phase after conducted sampling and derivatization procedure is soluble hexafluorosilicate anion stable in slightly acidified media. Total silicon is expressed as a mass of silicon in the volume of the analysed gas. This document is applicable to stated gaseous matrices with silicon concentrations up to 5 mg/m3, and it is prevalently intended for the biomethane matrices with Si mass concentration of 0,1 mg/m3 to 0,5 mg/m3. With adaptation to ensure appropriate absorption efficiency, it can be used for higher concentrations. The detection limit of the method is estimated as 0,05 mg/m3 based on a gas sample volume of 0,020 m3. All compounds present in the gas phase are volatile at the absorption and derivatization temperature and gaseous organosilicon species are trapped in absorbance media and derivatized into analytical silicon that is measured by this method. The concentration of the silicon is measured in diluted derivatization media using atomic emission spectrometry upon atomisation/ionisation in microwave or inductively coupled plasma. Unless specified otherwise, all volumes and concentrations refer to standard reference conditions (temperature, 273 K, and pressure, 101,325 kPa). NOTE When using appropriate dilution factors, the method can also be applied for silicon concentrations above 5 mg/m3.
Analyse du gaz naturel — Teneur en silicium du biométhane — Partie 1: Détermination de la teneur totale en silicium par spectrométrie d’émission atomique (SEA)
Le présent document s'applique à la mesure de la teneur en silicium total dans des matrices gazeuses telles que le biométhane et le biogaz. Le silicium est présent sous forme gazeuse, et contenu principalement dans des composés de siloxane, le triméthylsilane et le triméthylsilanol. La forme analytique du silicium mesurée dans la phase liquide après échantillonnage et dérivatisation, est un anion hexafluorosilicate soluble stable dans les milieux légèrement acidifiés. Le silicium total est exprimé sous la forme d'une masse de silicium dans le volume du gaz analysé. Le présent document s'applique aux matrices gazeuses énoncées, avec des concentrations de silicium allant jusqu'à 5 mg/m3, et concerne principalement les matrices de biométhane avec une teneur en silicium comprise entre 0,1 mg/m3 et 0,5 mg/m3. Avec une adaptation assurant une efficacité d'absorption appropriée, il peut être utilisé pour des concentrations plus élevées. La limite de détection de cette méthode est estimée à 0,05 mg/m3 pour un volume d'échantillon de gaz de 0,020 m3. Tous les composés présents dans la phase gazeuse sont volatils à la température d'absorption et de dérivatisation, et les composés organosiliciés gazeux sont piégés dans le milieu d'absorption puis dérivés sous forme de silicium analytique qui est mesuré selon la présente méthode. La concentration de silicium est mesurée dans le milieu de dérivatisation dilué, par spectrométrie d'émission atomique, après atomisation/ionisation dans un plasma micro-ondes ou à couplage inductif. Sauf indication contraire, tous les volumes et concentrations sont établis pour des conditions normales (température, 273 K et pression, 101,325 kPa). NOTE Avec des facteurs de dilution appropriés, la méthode peut également être appliquée à des concentrations de silicium supérieures à 5 mg/m3.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 2613-1
First edition
2023-05
Analysis of natural gas — Silicon
content of biomethane —
Part 1:
Determination of total silicon by
atomic emission spectroscopy (AES)
Analyse du gaz naturel — Teneur en silicium du biométhane —
Partie 1: Détermination de la teneur totale en silicium par
spectrométrie d’émission atomique (SEA)
Reference number
© ISO 2023
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the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Reagents and labware . 2
6 Apparatus . 6
6.1 Sampling and derivatization equipment. . 6
6.2 MWP/ICP-AES instrument. . . 7
6.3 Analytical balance, capable of weighing to the nearest 0,01 mg. . 7
7 Sampling . 7
8 Derivatization . 9
9 Analytical procedure . 9
9.1 Set-up of the equipment . 9
9.2 Calibration line . 10
9.3 Analysis of unknown and QC samples . 10
10 Calculation .10
11 Expression of results .11
12 Precision of the method .11
13 Measurement uncertainty .11
14 Test report .12
Bibliography .13
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, Subcommittee SC 1,
Analysis of natural gas, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 408, Biomethane for use in transport and injection in natural gas pipelines,
in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
This document describes a method for the measurement of the total concentration of silicon in
biomethane, biogas and similar gaseous matrices when used in the natural gas grids and when using it
as a transport fuel. The method is based on using a liquid impinger to accumulate the silicon from a gas
sample, followed by instrumental analysis.
Due to the extensive usage of siloxane compounds, their volatility and great affinity to apolar
environments, siloxanes are considered as one of the most important impurities in biogas. They are
undesired because of their potential for abrasive SiO formation as combustion product that can
damage engines and appliances. Furthermore, some of these compounds present a health risk.
For the purpose of this document, silicon species measured is quoted as total silicon. Silicon measured
is from organosilicon species that are trapped from the gas phase in liquid media and derivatized into
2-
analytical form of hexafluorosilicate (SiF ) ions which remain present in solution when analysed.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 2613-1:2023(E)
Analysis of natural gas — Silicon content of biomethane —
Part 1:
Determination of total silicon by atomic emission
spectroscopy (AES)
1 Scope
This document is applicable to the measurement of the total silicon content in gaseous matrices such
as biomethane and biogas. Silicon is present in a gas phase contained predominantly in siloxane
compounds, trimethylsilane and trimethylsilanol. The analytical form of the silicon measured in liquid
phase after conducted sampling and derivatization procedure is soluble hexafluorosilicate anion stable
in slightly acidified media. Total silicon is expressed as a mass of silicon in the volume of the analysed
gas.
This document is applicable to stated gaseous matrices with silicon concentrations up to 5 mg/m ,
and it is prevalently intended for the biomethane matrices with Si mass concentration of 0,1 mg/m to
0,5 mg/m .
With adaptation to ensure appropriate absorption efficiency, it can be used for higher concentrations.
3 3
The detection limit of the method is estimated as 0,05 mg/m based on a gas sample volume of 0,020 m .
All compounds present in the gas phase are volatile at the absorption and derivatization temperature
and gaseous organosilicon species are trapped in absorbance media and derivatized into analytical
silicon that is measured by this method. The concentration of the silicon is measured in diluted
derivatization media using atomic emission spectrometry upon atomisation/ionisation in microwave
or inductively coupled plasma.
Unless specified otherwise, all volumes and concentrations refer to standard reference conditions
(temperature, 273 K, and pressure, 101,325 kPa).
NOTE When using appropriate dilution factors, the method can also be applied for silicon concentrations
above 5 mg/m .
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3696, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods
ISO 6143, Gas analysis — Comparison methods for determining and checking the composition of calibration
gas mixtures
ISO 14532, Natural gas — Vocabulary
ISO 10715, Natural gas — Gas sampling
ISO 14912, Gas analysis — Conversion of gas mixture composition data
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14532 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
siloxane
functional group where two silicon atoms are connected via an oxygen atom
Note 1 to entry: Depending on the substrate used to produce biogas and the process used for purification,
biomethane can contain siloxanes. During combustion, siloxanes can be oxidized to silicon dioxide, an abrasive
compound harmful for mechanical moving parts in e.g. engines and turbines.
3.2
atomic emission spectroscopy
AES
method of chemical analysis that uses the intensity of light emitted from a flame, plasma, arc, or spark
at a particular wavelength to determine the quantity of an element in a sample
4 Principle
WARNING — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.
This standard does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its
use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to
ensure compliance with any national regulatory conditions.
A methane matrix gas sample (e.g. biomethane, biogas, natural gas and blends thereof) containing
siloxane compounds is passed through liquid absorbent (nitric acid) in serially connected gas bubblers/
impingers to collect the silicon-containing compounds. After sampling of an adequate gas volume,
content of sampling vessels (gas bubblers) is subjected to derivatization by adding hydroxide solution
2-
and hydrofluoric acid in order to obtain silicon in analytical from, hexafluorosilicate (SiF ) anion.
The derivatized sample is analysed for silicon content using an ICP/MWP atomic emission spectrometer
at selected characteristic silicon emission wavelengths using a multipoint calibration using a straight
line obtained from analysing a series of standard silicon solutions.
5 Reagents and labware
To carry out the method, the following reagents shall be of a recognized analytical grade and only
ISO 3696 grade 1 water. If it is visually determined that the reagents have changed their appearance
(colour, consistency, turbidity) they shall be discarded, and fresh ones shall be used.
5.1 Absorber media.
5.1.1 Nitric acid (HNO ), ρ = 1,41 g/ml;
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 2613-1
Première édition
2023-05
Analyse du gaz naturel — Teneur en
silicium du biométhane —
Partie 1:
Détermination de la teneur totale en
silicium par spectrométrie d’émission
atomique (SEA)
Analysis of natural gas — Silicon content of biomethane —
Part 1: Determination of total silicon by atomic emission spectroscopy
(AES)
Numéro de référence
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 2
4 Principe. 2
5 Réactifs et matériel de laboratoire .2
6 Appareillage . 6
6.1 Équipement d'échantillonnage et de dérivatisation. . 6
6.2 Instrument SEA MWP/ICP. 7
6.3 Balance analytique d'une précision de 0,01 mg. . 7
7 Échantillonnage .7
8 Dérivatisation .9
9 Procédure analytique . 9
9.1 Installation de l'équipement . 9
9.2 Courbe d'étalonnage . 10
9.3 Analyse d'échantillons inconnus et de contrôle qualité. 10
10 Calcul .11
11 Expression des résultats .11
12 Précision de la méthode .11
13 Incertitude de mesure.12
14 Rapport d'essai .12
Bibliographie .13
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié
de tels droits de propriété. Les détails concernant les références aux droits de propriété intellectuelle
identifiés lors de l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des
déclarations de brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 1,
Analyse du gaz naturel, en collaboration avec le Comité Européen de Normalisation (CEN) Comité Technique
CEN/TC 408, Biométhane pour utilisation dans les transports et injection dans le réseau de gaz naturel,
conformément à l’accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Le présent document décrit une méthode pour mesurer la concentration totale de silicium dans le
biométhane, le biogaz ou des matrices gazeuses similaires lorsqu'ils sont injectés dans des réseaux de
gaz naturel ou utilisés comme combustibles pour le transport. Cette méthode est fondée sur l'utilisation
d’un barboteur en solution liquide pour piéger le silicium d’un échantillon de gaz, suivie d'une analyse
instrumentale.
En raison de l'utilisation intensive de composés de siloxane, de la volatilité de ces derniers et de leur
grande affinité avec les milieux apolaires, les siloxanes sont considérés comme l'une des impuretés
majeures du biogaz. Ces composés sont indésirables car leur combustion peut produire du SiO abrasif,
qui peut endommager les moteurs et les appareils. De plus, certains d'entre eux présentent un risque
pour la santé.
Pour les besoins du présent document, les composés au silicium mesurés sont exprimés en tant que
«silicium total». Le silicium mesuré provient de composés organo-siliciés qui sont piégés en phase
gazeuse dans des milieux liquides puis convertis sous forme analytique d’ions hexafluorosilicate
(SiF62-), toujours présents lors de l'analyse de la solution.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 2613-1:2023(F)
Analyse du gaz naturel — Teneur en silicium du
biométhane —
Partie 1:
Détermination de la teneur totale en silicium par
spectrométrie d’émission atomique (SEA)
1 Domaine d'application
Le présent document s'applique à la mesure de la teneur en silicium total dans des matrices
gazeuses telles que le biométhane et le biogaz. Le silicium est présent sous forme gazeuse, et contenu
principalement dans des composés de siloxane, le triméthylsilane et le triméthylsilanol. La forme
analytique du silicium mesurée dans la phase liquide après échantillonnage et dérivatisation, est
un anion hexafluorosilicate soluble stable dans les milieux légèrement acidifiés. Le silicium total est
exprimé sous la forme d'une masse de silicium dans le volume du gaz analysé.
Le présent document s'applique aux matrices gazeuses énoncées, avec des concentrations de silicium
allant jusqu'à 5 mg/m , et concerne principalement les matrices de biométhane avec une teneur en
3 3
silicium comprise entre 0,1 mg/m et 0,5 mg/m .
Avec une adaptation assurant une efficacité d'absorption appropriée, il peut être utilisé pour des
concentrations plus élevées. La limite de détection de cette méthode est estimée à 0,05 mg/m pour
un volume d'échantillon de gaz de 0,020 m . Tous les composés présents dans la phase gazeuse sont
volatils à la température d'absorption et de dérivatisation, et les composés organosiliciés gazeux sont
piégés dans le milieu d'absorption puis dérivés sous forme de silicium analytique qui est mesuré selon
la présente méthode. La concentration de silicium est mesurée dans le milieu de dérivatisation dilué,
par spectrométrie d'émission atomique, après atomisation/ionisation dans un plasma micro-ondes ou
à couplage inductif.
Sauf indication contraire, tous les volumes et concentrations sont établis pour des conditions normales
(température, 273 K et pression, 101,325 kPa).
NOTE Avec des facteurs de dilution appropriés, la méthode peut également être appliquée à des
concentrations de silicium supérieures à 5 mg/m .
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 3696, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d'essai
ISO 6143, Analyse des gaz — Méthodes comparatives pour la détermination et la vérification de la
composition des mélanges de gaz pour étalonnage
ISO 14532, Gaz naturel — Vocabulaire
ISO 10715, Gaz naturel — Échantillonnage de gaz
ISO 14912, Analyse des gaz — Conversion des données de composition de mélanges gazeux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 14532 ainsi que les
suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp.
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
siloxane
groupe fonctionnel composé de deux atomes de silicium liés par un atome d'oxygène
Note 1 à l'article: En fonction du substrat utilisé pour produire le biogaz et du procédé utilisé pour la purification,
le biométhane peut contenir des siloxanes. Lors de la combustion, les siloxanes peuvent être oxydés en dioxyde de
silicium, un composé abrasif dangereux pour les pièces mécaniques en mouvement des moteurs ou des turbines
par exemple.
3.2
spectrométrie d'émission atomique
SEA
méthode d'analyse chimique qui utilise l'intensité de la lumière émise par une flamme, un plasma, un
arc ou une étincelle à une longueur d'ondes donnée, pour déterminer la quantité d'un élément dans un
échantillon
4 Principe
AVERTISSEMENT — Il convient que l'utilisateur de la présente Norme internationale connaisse
bien les pratiques courantes de laboratoire. La présente norme n'a pas pour but de traiter tous
les problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l'utilisateur
d'établir des pratiques appropriées en matière d'hygiène et de sécurité et de s'assurer de la
conformité à la réglementation nationale en vigueur.
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.