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等離子體原子發(fā) 射光譜儀直接對原油進行多元素分析
閱讀：556 發(fā)布時間：2021-12-8前言：了解原油中的金屬濃度對石油工業(yè)產(chǎn)品周期內(nèi)的所有階段都至關(guān)重 要,。金屬可用于監(jiān)測油田中的原油遷移,，發(fā)現(xiàn)商機，影響催化劑效果 或使催化劑失活，并成為最終產(chǎn)品質(zhì)量和特性的組成部分,。密切監(jiān)測 金屬也有助于避免環(huán)境問題,，如石化設(shè)備老化和土地開墾造成的土壤 污染。
通常,，石油實驗室采用電感耦合等離子體光學發(fā)射光譜 (ICP-OES),、ICP-質(zhì)譜 (ICP-MS)、火焰原子吸收 (FAAS),、X 射線熒光 (XRF) 和中子活化分析 (NAA) 等 技術(shù)對水溶液或有機樣品中的元素進行鑒定和定量 分析,。然而，微波等離子體原子發(fā)射光譜 (MP-AES) 是該領(lǐng)域一種合適的可替代技術(shù),，越來越廣泛地應(yīng) 用于多種樣品類型（包括復(fù)雜的有機基質(zhì)）中的多 元素分析。此外,，石油工業(yè)作業(yè)區(qū)域或偏遠地區(qū) 通常需要進行元素分析,，這對位置提出了挑戰(zhàn)。 Agilent 4200 MP-AES 利用磁耦合微波能量和氮氣產(chǎn) 生強勁而穩(wěn)定的等離子體,。等離子體所需的氮氣 可通過 Agilent 4107 氮氣發(fā)生器直接從空氣中提取 或從氮氣杜瓦瓶中提取,。與傳統(tǒng)的火焰原子吸收和 ICP 技術(shù)相比，MP-AES 無需使用昂貴氣體（如氬 氣）和可燃性氣體（如乙炔）來維持原子化/離子 化源運行,，從而降低了運行成本,，實現(xiàn)了安全的無 人值守式運行。
幾種 ASTM 方法可用于測定原油中的元素,。例如,， ASTM D7691 規(guī)定，ICP-OES 可分析有機溶劑稀釋后 的原油中的 S,、V,、Fe 和 Ni。ASTM D5708 和 D5863 均規(guī)定,，酸消解或有機溶劑直接稀釋后,，可用 ICPOES 測定 Ni、V 和 Fe,，或用 FAAS 測定 Ni,、V、Fe 和 Na,。 本應(yīng)用簡報中,，以鄰二甲苯對樣品進行 1:10 的簡 單稀釋后，采用 Agilent 4200 MP-AES 分析 20 種原 油樣品中的 V,、Ca,、Fe、Ni 和 Na。結(jié)合 ICP-OES 和 ICP-MS 獲得的結(jié)果以便進行比較,。本應(yīng)用還適用于 Agilent 4210 MP-AES 儀器,。
實驗部分 儀器 使用 Agilent 4200 MP-AES 完成所有的測定，氮氣 由 Agilent 4107 氮氣發(fā)生器提供,。樣品引入系統(tǒng)由 MicroMist 霧化器,、雙通道玻璃旋流霧化室和耐腐 蝕樣品管路組成。外部氣體控制模塊 (EGCM) 附件 用于將空氣氣流注入等離子體中,，以防止碳沉積物 在炬管中累積,，克服分析有機樣品時可能出現(xiàn)的任 何等離子體不穩(wěn)定問題，并減少等離子體中由碳物 質(zhì)引起的背景發(fā)射,。 儀器由直觀的 MP Expert 軟件控制,。MP-AES 涵蓋連 續(xù)波長范圍，選定元素后,，MP Expert 軟件自動添 加推薦波長,、霧化器流速和 EGCM 設(shè)置，簡化了方 法開發(fā),。功能強大的自動背景校正模式可輕松處理 有機基質(zhì)引起的任何背景發(fā)射,，在無需用戶干預(yù)的 情況下，實現(xiàn)準確校正,。 儀器運行條件和分析物設(shè)置列于表 1a 和表 1b 中,。
標準品與樣品 本研究分析了 20 種原油樣品，涵蓋了美國石油協(xié) 會 (API) 收錄的大部分類型的比重,、氮和硫 (N&S) 含量以及密度,。 每個原油樣品與鄰二甲苯 (Fisher Scientific) 按 1:10 左右的重量比進行稀釋。將礦物油基體改性劑 (Fisher Scientific),、分散劑 (Chevron Oronite) 和內(nèi) 標鈧 (Conostan® ) 加入所有的標準品,、樣品和空白 中，使每種溶液的總油濃度為 10% (w/w),。與酸消 解相比,，樣品稀釋大程度縮短了樣品前處理時 間，從而確保大部分樣品能夠及時得到分析,，同時 盡可能減少了分析物損失和污染,。 以事先制備的鄰二甲苯稀釋劑按重量比稀釋 Conostan® S-21+K 標準品，制得 0,、2,、5 和 10 ppm 濃度的 V、Ca,、Fe,、Ni,、Na 和 K 校準標樣。將含有 基體改性劑和鈧內(nèi)標的鄰二甲苯稀釋劑作為空白進 行校準,。 為了測定 Ca,、Fe、K,、Na,、Ni 和 V 的回收率，將 885 ppm Conostan® S-21+K 標準品對原油樣品加標
結(jié)果與討論 工作校準范圍 Fe 的校準曲線如圖 1 所示,，突出了 MP-AES 的工作 范圍,。所有相關(guān)系數(shù)均大于 0.999（表 2）。
然后,，向原油樣品中加入 885 ppm 的 S21+K,，以 此驗證方法在高濃度水平下的性能，所有回收率 均在 ±10% 之內(nèi),。最后,，有證標準樣品燃油 (NIST, Gaithersburg MD) 中的 NIST 1634c 痕量元素分析 7 次，僅測定其中的釩（標準值為 28.19 ppm）和 鎳（標準值為 17.54 ppm）,，其回收率均在 ±10% 之 內(nèi)。數(shù)據(jù)總結(jié)列于表 4 中,。
……
結(jié)論 相對于 ASTM D7691 中定義的前處理方法和步驟,， 配備 EGCM 附件的 Agilent 4200 MP-AES 對鄰二甲苯 10 倍簡單稀釋的 20 種原油樣品成功進行了分析。 在此復(fù)雜的基質(zhì)中,，Ni,、V、Fe,、Ca,、Na 和 K 均取 得了出色的檢測限和加標回收率。 3 種 QC 測試物質(zhì)分析所得到的回收率處于實際/標 準值的 ±10% 以內(nèi),。以寬 API 范圍的原油樣品做評 估,，MP-AES 的結(jié)果與 ICP-OES 或 ICP-MS 獲得的測 量值相當。 4200 儀器采用氮氣型等離子體,，無需使用乙炔等 危險氣體,，顯著降低了持續(xù)氣體供應(yīng)所造成的運行 成本，大大提升了實驗室在無人值守運行時的安 全性,。新一代 MP Expert 軟件進一步提高了分析效率,，該 軟件具備同步自動背景校正和一系列簡單易用的功 能，包括針對具體應(yīng)用的軟件程序以及即插即用硬 件,，簡化了方法開發(fā)和炬管校準,，只需簡單培訓(xùn)即 可輕松上手,。