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ICP-OES 提高測(cè)定油類樣品中金屬的分析效率
閱讀：1202 發(fā)布時(shí)間：2021-12-25前言：利用垂直觀測(cè)等離子體光譜儀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。該方法了 ICP-OES 作為已使用及未使用的潤滑油和基礎(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，指示添加劑包的混合效率,，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 5110 垂直觀測(cè) (RV) ICP-OES 具有高穩(wěn)定性、高分析速度和較低運(yùn)行成 本,。在本研究中,，5110 RV 配有 Agilent SPS 4 樣品前處理系統(tǒng)和全面集成的 Agilent AVS 6 高級(jí)閥系統(tǒng)，后者簡(jiǎn)化了工作流程并大大提高了分析效率,，且不 影響準(zhǔn)確度,、精密度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性,。5110 RV 運(yùn)行速度更快,，減少了分析每 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 5110 RV ICP-OES,。專用的垂直觀測(cè) (RV) 配置適用于分析有機(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)的長期穩(wěn)定性,，如圖 2 的長期穩(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,。5110 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,，而無需使用較高等離子體氣體流速,。此外，為 分析 A-Solv 等煤油型溶劑中的磨損金屬,，無需將氬氣/氧 氣加入輔助氣流中或使用溫控霧化室,。 采用 Agilent SPS 4 樣品前處理系統(tǒng)與 6 通高級(jí)閥系統(tǒng) (AVS 6) 相結(jié)合進(jìn)行自動(dòng)樣品輸送 [2],。*集成的 AVS 6 利用高速泵以最大限度縮短提升時(shí)間，利用精準(zhǔn)氣泡注入控 制輔助進(jìn)行穩(wěn)定和沖洗,，為有機(jī)樣品分析提供了高通量和優(yōu) 異的分析性能,。 AVS 6 使用正排量泵，與基于負(fù)壓的泵相比僅需極少維護(hù),。 該裝置設(shè)置簡(jiǎn)單,，易于裝配和拆卸，并具有足以處理棘手樣 品的穩(wěn)定性,，是油品分析的*,。 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。
儀器運(yùn)行條件在表 1a 和 1b 中列出,。 對(duì)所有波長均使用擬合背景校正,，無需確定每個(gè)元素的離峰 背景校正點(diǎn)，從而簡(jiǎn)化了方法開發(fā),。
標(biāo)準(zhǔn)品和樣品前處理 利用 Agilent A-21+K 標(biāo)準(zhǔn)品配制 0,、5、10,、50 和 100 ppm 的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液,。該溶液為含有 22 種 500 ppm 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,。利用烴 油中的 5000 ppm 單元素標(biāo)準(zhǔn)品配制 Ba 和 Zn (200 ppm) 以及 Ca、Cu,、Fe 和 Mg (250 ppm) 的高濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液,。 這些標(biāo)準(zhǔn)品使用基礎(chǔ)礦物油 (75 cSt) 進(jìn)行基質(zhì)匹配以獲得 恒定粘度，并用 Agilent A-Solv ICP 溶劑稀釋為每種溶液中 的總油濃度為 10% (w/w),。 用 A-Solv ICP 溶劑將廢機(jī)油樣品按 1:10 (w/w) 的比例稀釋 后進(jìn)行分析,。向樣品中加入不同濃度的 A-21+K 以測(cè)試磨 損金屬元素和添加劑元素的回收率。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 和 Zn 配制 50 ppm 的高濃度加標(biāo)樣品,，并為 Ca 配制 130 ppm 的高濃度加標(biāo) 樣品。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)溶液,，將樣品用基礎(chǔ)礦物油進(jìn)行基質(zhì)匹配,， 得到每種溶液中的總油濃度為 10% (w/w)。
結(jié)果與討論 在所有波長下獲得的線性校準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)均大于 0.999,。這證 明5110 ICP-OES 能夠檢測(cè)油品中低濃度范圍 (mg/kg) 的 元素,，同時(shí)還能以*準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)測(cè)高濃度磨損金屬 和添加劑。圖 1 顯示了濃度高達(dá) 250 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 3%。由于該校準(zhǔn)曲線具有優(yōu)異的線性,，因此 能夠準(zhǔn)確測(cè)定該校準(zhǔn)范圍以上的濃度,，從而突出了 5110 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,。利用配有 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 獲得的加標(biāo)回收率列于表 3 中,。 所有值均處于預(yù)期值的 ±10% 以內(nèi),。每個(gè)樣品的分析時(shí)間 為 22 秒,，其中包括樣品之間的 2 秒沖洗時(shí)間,，且每個(gè)樣品 進(jìn)行兩次重復(fù)讀數(shù),。每個(gè)樣品的總氬氣消耗量?jī)H為 7 L,。 另外還使用未配備 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 對(duì)加標(biāo)回收 率進(jìn)行測(cè)定,，結(jié)果獲得了相似的回收率,。然而，其分析時(shí) 間為 52 秒,，而使用 AVS 6 時(shí)僅為 22 秒,。由于使用 AVS 6 可節(jié)省時(shí)間,，因此能夠?qū)悠吠刻岣咭槐兑陨希⑹箽鍤?消耗量減半,。
通過設(shè)置完整的分析序列（各樣品之間設(shè)置 2 秒的沖洗 時(shí)間）并在 6 小時(shí)內(nèi)每 5 個(gè)樣品測(cè)量一個(gè)廢機(jī)油樣品來 評(píng)估 5110 RV ICP-OES 的長期穩(wěn)定性,。在整個(gè)運(yùn)行中分 析了 1000 個(gè)樣品，且未進(jìn)行重新校準(zhǔn),。所有元素的穩(wěn)定 性曲線顯示于圖 2 中,。 精密度處于 1.1% RSD 和 2.7% RSD 之間，與初始讀數(shù)的 濃度偏差小于 10%,，表明 5110 RV ICP-OES 的垂直等離 子體具有穩(wěn)定的樣品處理能力,，且該儀器在使用高級(jí)閥系 統(tǒng) (AVS 6) 時(shí)可獲得優(yōu)異的精密度。
結(jié)論 Agilent 5110 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滑 油中磨損金屬和添加劑直接分析的實(shí)驗(yàn)室,。5110 RV 相 比于其他垂直觀測(cè) ICP-OES 具有許多優(yōu)點(diǎn)： • 當(dāng)配有高級(jí)閥系統(tǒng) (AVS 6) 時(shí)，每個(gè)樣品的樣品分析 循環(huán)時(shí)間為 22 秒,，每個(gè)樣品的總氬氣消耗量為 7 L,， 且不會(huì)影響準(zhǔn)確度、精密度或穩(wěn)定性 • 而使用未配備 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 時(shí),，每個(gè) 樣品的樣品分析循環(huán)時(shí)間則為 52 秒 • 使用 AVS 6 時(shí),，在 6 小時(shí)內(nèi)獲得了優(yōu)異的長期穩(wěn)定 性，RSD < 3% • 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 • 直觀的軟件界面和*集成的閥系統(tǒng)可簡(jiǎn)化日常操作 和方法開發(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 • 通過 AVS 6 可縮短樣品提升,、穩(wěn)定和沖洗時(shí)間,，從而 在不影響性能的前提下提高分析效率