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ICP-OES提高油樣中金屬測(cè)定的分析效率
閱讀：836 發(fā)布時(shí)間：2021-9-25前言：利用垂直觀測(cè)等離子體ICP-OES測(cè)定油品中的金屬是一種行之有效 的技術(shù),，對(duì)于采用 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法 D5185-13 的實(shí)驗(yàn)室而言尤 其如此。ICP-OES 作為已使用及未使用的潤(rùn)滑油和 基礎(chǔ)油中 22 種元素的快速測(cè)定方法以及廢油中磨損金屬（如 Fe,、 Cu 和 Al）的快速篩查方法,。分析人員使用此測(cè)試監(jiān)測(cè)設(shè)備的磨損狀 況，指示復(fù)合添加劑的混合效率,，或用于基礎(chǔ)油中金屬含量測(cè)定以進(jìn) 行質(zhì)量保證[1],。 Agilent 5100 垂直觀測(cè) (RV) ICP-OES 將分析性能提升到了全新水 平，尤其在穩(wěn)定性,、分析速度和降低運(yùn)行成本方面,。在本研究中， 5100 RV 配備了 Agilent SPS 3 樣品前處理系統(tǒng)和 Agilent SVS 2+ 切 換閥系統(tǒng),，后者可通過(guò)縮短樣品提升,、穩(wěn)定和沖洗時(shí)間來(lái)大幅提高效 率，且不影響準(zhǔn)確度,、精密度,、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性/重現(xiàn)性。5100 RV 具有更快的運(yùn)行速度,，可減少分析每個(gè)樣品所需的氬氣,，從而大 大節(jié)省了高通量分析實(shí)驗(yàn)室的成本
實(shí)驗(yàn)部分：儀器 本分析使用 Agilent 5100 RV ICP-OES。專用的垂 直觀測(cè) (RV) 配置非常適合用于分析有機(jī)樣品,。即 插即用式炬管設(shè)計(jì)可自動(dòng)定位垂直炬管并連接所有 氣體,，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)的同時(shí)確保可重現(xiàn)的炬管安 裝,，不受操作人員的人為差異影響,。進(jìn)入炬管的三 條氣體管線上的質(zhì)量流量控制器以及恒溫光學(xué)組件 有利于保證發(fā)射信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，如圖 2 的長(zhǎng)期 穩(wěn)定性曲線所示。 為分析挑戰(zhàn)性的樣品,，RF 系統(tǒng)必須能夠迅速 適應(yīng)等離子體條件的變化,。5100 RV ICP-OES 中 的自激式固態(tài)射頻 (SSRF) 發(fā)生器可滿足這些挑戰(zhàn) 并處理從甲醇或汽油等揮發(fā)性有機(jī)物到煤油等半揮 發(fā)性有機(jī)物的各種有機(jī)樣品。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于,， 可采用與分析水溶液相似的等離子體條件分析有 機(jī)物,，而無(wú)需使用較高等離子體氣體流速。采用 Agilent SPS 3 樣品前處理系統(tǒng)與 SVS 2+ 切換閥系 統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行自動(dòng)樣品輸送,。 本分析所用的樣品引入系統(tǒng)為半揮發(fā)性有機(jī)物分析 套件,，其中包括玻璃同心霧化器、1.4 mm 內(nèi)徑的 RV 炬管,、耐腐蝕管路和雙通道玻璃旋流霧化室,。 儀器操作條件匯總于表 1a 和 1b 中，分析所選擇 的波長(zhǎng)如表 2 所示,。根據(jù) ASTM D5185 的建議選 擇波長(zhǎng),。為多個(gè)元素選擇多個(gè)波長(zhǎng)，證明 5100 ICP-OES 的出色性能,，可以跨越經(jīng)常使用的波長(zhǎng)范 圍,。方法檢測(cè)限 (MDL) 示于表 2 中。MDL 基于分 析過(guò)程中空白溶液十次重復(fù)測(cè)定的 3 倍標(biāo)準(zhǔn)差,。對(duì)所有波長(zhǎng)均使用擬合背景校正,，無(wú)需確定每個(gè)元 素的離峰背景校正點(diǎn)，從而簡(jiǎn)化了方法開(kāi)發(fā),。
標(biāo)樣和樣品前處理 利用 Conostan S-21+K 標(biāo)準(zhǔn)品配制 0,、5、10,、25 和 50 ppm 的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液,。該溶液為含有 22 種 元素（Ag、Al,、B,、Ba、Ca,、Cd,、Cr、Cu,、Fe,、 K、Mg,、Mn,、Mo,、Na、Ni,、P,、Pb、Si,、Sn,、 Ti、V 和 Zn）的油品,，且濃度均為 500 ppm,。這 些標(biāo)準(zhǔn)溶液使用 Conostan 元素空白油 (75 cSt) 進(jìn) 行基質(zhì)匹配以獲得恒定粘度,，并使用煤油稀釋使每 種溶液中的總油濃度為 10% (w/w),。 用煤油將廢機(jī)油樣品按 1:10 (w/w) 的比例稀釋用 于分析。向樣品中加入不同濃度的 S21+K 以測(cè)試 磨損金屬元素和添加元素的回收率,。對(duì)測(cè)定的所有 元素均配制 25 ppm 的低濃度加標(biāo)樣品,。為 P 配制 50 ppm 的高濃度加標(biāo)樣品，為 Zn 配制 100 ppm 的 高濃度加標(biāo)樣品,，為 Ca 配制 200 ppm 的高濃度加 標(biāo)樣品,。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)溶液，將樣品用元素空白油進(jìn)行 基質(zhì)匹配,，使每種溶液中的總油濃度為 10% (w/w),。
結(jié)果與討論 在所有波長(zhǎng)下獲得的線性校準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)均大于 0.999。圖 1 展示了濃度高達(dá) 50 ppm 的 Ca 422.673 的校準(zhǔn)曲線,，其相關(guān)系數(shù)高于 0.9999,，且各個(gè)校 準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)誤差小于 1%。由于該校準(zhǔn)曲線具有優(yōu) 異的線性,，因此可準(zhǔn)確測(cè)定 300 ppm 的溶液加標(biāo) 濃度,，突出展現(xiàn)了 5100 RV ICP-OES 所能實(shí)現(xiàn)的 線性動(dòng)態(tài)范圍 (LDR)。這一擴(kuò)展的 LDR 還可減少校 準(zhǔn)標(biāo)樣的數(shù)量,，意味著能夠投入更多的時(shí)間運(yùn)行樣 品,，而縮短校準(zhǔn)所需耗費(fèi)的時(shí)間。
在單次運(yùn)行中即可測(cè)定油類樣品中的所有元素,。利 用 5100 RV ICP-OES 獲得的加標(biāo)回收率列于表 3 中,。所有結(jié)果均處于預(yù)期值的 10% 以內(nèi)。每個(gè)樣 品的分析時(shí)間為 30 秒,，其中包括樣品間的 3 秒清 洗時(shí)間和每個(gè)樣品的三次重復(fù)讀數(shù)時(shí)間,。每個(gè)樣品 的總氬氣消耗量?jī)H為 9.5 L。
通過(guò)設(shè)置完整的分析序列（各樣品之間設(shè)置 3 秒的 沖洗時(shí)間）并在 4 小時(shí)內(nèi)每 10 個(gè)樣品間測(cè)量一個(gè) 5 ppm 的 S21 + K 溶液來(lái)評(píng)估 5100 RV ICP-OES 的 長(zhǎng)期穩(wěn)定性,。在整個(gè)運(yùn)行中分析了 500 個(gè)樣品,， 且未進(jìn)行重新校準(zhǔn),。所有元素的穩(wěn)定性曲線展示于 圖 2 中。 穩(wěn)定性處于 0.5% RSD 和 2.0% RSD 之間,，與初始 讀數(shù)的濃度偏差小于 4%,，表明 5100 RV ICP-OES 的垂直等離子體具有穩(wěn)定的樣品處理能力，即使分 析挑戰(zhàn)性有機(jī)樣品也是如此,。
結(jié)論 Agilent 5100 RV ICP-OES 是按照 ASTM D5185 方 法測(cè)定油類樣品中金屬的理想儀器,，該方法廣泛用 于從事潤(rùn)滑油中磨損金屬和添加劑直接分析的實(shí)驗(yàn) 室。5100 RV 相比于其他垂直觀測(cè) ICP-OES 具有 許多優(yōu)點(diǎn)：
• 使用 SVS 2+ 切換閥時(shí),，每個(gè)樣品的分析周期 為 30 秒,，每個(gè)樣品的總氬氣消耗量為 9.5 L， 且不會(huì)影響準(zhǔn)確度,、精密度或穩(wěn)定性
• 4 小時(shí)的分析時(shí)間內(nèi)展現(xiàn)了優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定 性,，RSD < 2%
• 垂直等離子體和穩(wěn)定的 27 MHz SSRF 系統(tǒng)具 有出色的基質(zhì)處理能力和穩(wěn)定性
• 直觀的軟件界面可簡(jiǎn)化日常操作和方法開(kāi)發(fā) • 即插即用式炬管等硬件功能可實(shí)現(xiàn)操作人員間 以及儀器間出色的方法重現(xiàn)性
參考文獻(xiàn) 1. ASTM D5185-13, Standard Test Method for Multielement Determination of Used and Unused Lubricating Oils and Base Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)