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ICP-OES提高油样中金属测定的分析效率

发布时间:2021-09-25   点击次数:262次

前言:利用垂直观测等离子体ICP-OES测定油品中的金属是一种行之有效 的技术,对于采用 ASTM 标准测试方法 D5185-13 的实验室而言尤 其如此。ICP-OES 作为已使用及未使用的润滑油和 基础油中 22 种元素的快速测定方法以及废油中磨损金属(如 Fe、 Cu 和 Al)的快速筛查方法。分析人员使用此测试监测设备的磨损状 况,指示复合添加剂的混合效率,或用于基础油中金属含量测定以进 行质量保证[1]。 Agilent 5100 垂直观测 (RV) ICP-OES 将分析性能提升到了全新水 平,尤其在稳定性、分析速度和降低运行成本方面。在本研究中, 5100 RV 配备了 Agilent SPS 3 样品前处理系统和 Agilent SVS 2+ 切 换阀系统,后者可通过缩短样品提升、稳定和冲洗时间来大幅提高效 率,且不影响准确度、精密度、长期稳定性和重复性/重现性。5100 RV 具有更快的运行速度,可减少分析每个样品所需的氩气,从而大 大节省了高通量分析实验室的成本


实验部分:仪器 本分析使用 Agilent 5100 RV ICP-OES。专用的垂 直观测 (RV) 配置非常适合用于分析有机样品。即 插即用式炬管设计可自动定位垂直炬管并连接所有 气体,实现快速启动的同时确保可重现的炬管安 装,不受操作人员的人为差异影响。进入炬管的三 条气体管线上的质量流量控制器以及恒温光学组件 有利于保证发射信号的长期稳定性,如图 2 的长期 稳定性曲线所示。 为分析挑战性的样品,RF 系统必须能够迅速 适应等离子体条件的变化。5100 RV ICP-OES 中 的自激式固态射频 (SSRF) 发生器可满足这些挑战 并处理从甲醇或汽油等挥发性有机物到煤油等半挥 发性有机物的各种有机样品。该系统的优点在于, 可采用与分析水溶液相似的等离子体条件分析有 机物,而无需使用较高等离子体气体流速。采用 Agilent SPS 3 样品前处理系统与 SVS 2+ 切换阀系 统相结合进行自动样品输送。 本分析所用的样品引入系统为半挥发性有机物分析 套件,其中包括玻璃同心雾化器、1.4 mm 内径的 RV 炬管、耐腐蚀管路和双通道玻璃旋流雾化室。 仪器操作条件汇总于表 1a 和 1b 中,分析所选择 的波长如表 2 所示。根据 ASTM D5185 的建议选 择波长。为多个元素选择多个波长,证明 5100 ICP-OES 的出色性能,可以跨越经常使用的波长范 围。方法检测限 (MDL) 示于表 2 中。MDL 基于分 析过程中空白溶液十次重复测定的 3 倍标准差。对所有波长均使用拟合背景校正,无需确定每个元 素的离峰背景校正点,从而简化了方法开发。

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标样和样品前处理 利用 Conostan S-21+K 标准品配制 0、5、10、25 和 50 ppm 的工作标准溶液。该溶液为含有 22 种 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,且浓度均为 500 ppm。这 些标准溶液使用 Conostan 元素空白油 (75 cSt) 进 行基质匹配以获得恒定粘度,并使用煤油稀释使每 种溶液中的总油浓度为 10% (w/w)。 用煤油将废机油样品按 1:10 (w/w) 的比例稀释用 于分析。向样品中加入不同浓度的 S21+K 以测试 磨损金属元素和添加元素的回收率。对测定的所有 元素均配制 25 ppm 的低浓度加标样品。为 P 配制 50 ppm 的高浓度加标样品,为 Zn 配制 100 ppm 的 高浓度加标样品,为 Ca 配制 200 ppm 的高浓度加 标样品。对于标准溶液,将样品用元素空白油进行 基质匹配,使每种溶液中的总油浓度为 10% (w/w)。


结果与讨论 在所有波长下获得的线性校准相关系数均大于 0.999。图 1 展示了浓度高达 50 ppm 的 Ca 422.673 的校准曲线,其相关系数高于 0.9999,且各个校 准点的校准误差小于 1%。由于该校准曲线具有优 异的线性,因此可准确测定 300 ppm 的溶液加标 浓度,突出展现了 5100 RV ICP-OES 所能实现的 线性动态范围 (LDR)。这一扩展的 LDR 还可减少校 准标样的数量,意味着能够投入更多的时间运行样 品,而缩短校准所需耗费的时间。

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在单次运行中即可测定油类样品中的所有元素。利 用 5100 RV ICP-OES 获得的加标回收率列于表 3 中。所有结果均处于预期值的 10% 以内。每个样 品的分析时间为 30 秒,其中包括样品间的 3 秒清 洗时间和每个样品的三次重复读数时间。每个样品 的总氩气消耗量仅为 9.5 L。

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通过设置完整的分析序列(各样品之间设置 3 秒的 冲洗时间)并在 4 小时内每 10 个样品间测量一个 5 ppm 的 S21 + K 溶液来评估 5100 RV ICP-OES 的 长期稳定性。在整个运行中分析了 500 个样品, 且未进行重新校准。所有元素的稳定性曲线展示于 图 2 中。 稳定性处于 0.5% RSD 和 2.0% RSD 之间,与初始 读数的浓度偏差小于 4%,表明 5100 RV ICP-OES 的垂直等离子体具有稳定的样品处理能力,即使分 析挑战性有机样品也是如此。

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结论 Agilent 5100 RV ICP-OES 是按照 ASTM D5185 方 法测定油类样品中金属的理想仪器,该方法广泛用 于从事润滑油中磨损金属和添加剂直接分析的实验 室。5100 RV 相比于其他垂直观测 ICP-OES 具有 许多优点: 

• 使用 SVS 2+ 切换阀时,每个样品的分析周期 为 30 秒,每个样品的总氩气消耗量为 9.5 L, 且不会影响准确度、精密度或稳定性 

• 4 小时的分析时间内展现了优异的长期稳定 性,RSD < 2% 

• 垂直等离子体和稳定的 27 MHz SSRF 系统具 有出色的基质处理能力和稳定性

• 直观的软件界面可简化日常操作和方法开发 • 即插即用式炬管等硬件功能可实现操作人员间 以及仪器间出色的方法重现性


参考文献 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)






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