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ICP-OES提高油樣中金屬測定的分析效率
閱讀：807 發布時間：2021-9-25前言：利用垂直觀測等離子體ICP-OES測定油品中的金屬是一種行之有效 的技術，對于采用 ASTM 標準測試方法 D5185-13 的實驗室而言尤 其如此。ICP-OES 作為已使用及未使用的潤滑油和 基礎油中 22 種元素的快速測定方法以及廢油中磨損金屬（如 Fe、 Cu 和 Al）的快速篩查方法。分析人員使用此測試監測設備的磨損狀 況，指示復合添加劑的混合效率，或用于基礎油中金屬含量測定以進 行質量保證[1]。 Agilent 5100 垂直觀測 (RV) ICP-OES 將分析性能提升到了全新水 平，尤其在穩定性、分析速度和降低運行成本方面。在本研究中， 5100 RV 配備了 Agilent SPS 3 樣品前處理系統和 Agilent SVS 2+ 切 換閥系統，后者可通過縮短樣品提升、穩定和沖洗時間來大幅提高效 率，且不影響準確度、精密度、長期穩定性和重復性/重現性。5100 RV 具有更快的運行速度，可減少分析每個樣品所需的氬氣，從而大 大節省了高通量分析實驗室的成本
實驗部分：儀器 本分析使用 Agilent 5100 RV ICP-OES。專用的垂 直觀測 (RV) 配置非常適合用于分析有機樣品。即 插即用式炬管設計可自動定位垂直炬管并連接所有 氣體，實現快速啟動的同時確保可重現的炬管安 裝，不受操作人員的人為差異影響。進入炬管的三 條氣體管線上的質量流量控制器以及恒溫光學組件 有利于保證發射信號的長期穩定性，如圖 2 的長期 穩定性曲線所示。 為分析挑戰性的樣品，RF 系統必須能夠迅速 適應等離子體條件的變化。5100 RV ICP-OES 中 的自激式固態射頻 (SSRF) 發生器可滿足這些挑戰 并處理從甲醇或汽油等揮發性有機物到煤油等半揮 發性有機物的各種有機樣品。該系統的優點在于， 可采用與分析水溶液相似的等離子體條件分析有 機物，而無需使用較高等離子體氣體流速。采用 Agilent SPS 3 樣品前處理系統與 SVS 2+ 切換閥系 統相結合進行自動樣品輸送。 本分析所用的樣品引入系統為半揮發性有機物分析 套件，其中包括玻璃同心霧化器、1.4 mm 內徑的 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 的波長如表 2 所示。根據 ASTM D5185 的建議選 擇波長。為多個元素選擇多個波長，證明 5100 ICP-OES 的出色性能，可以跨越經常使用的波長范 圍。方法檢測限 (MDL) 示于表 2 中。MDL 基于分 析過程中空白溶液十次重復測定的 3 倍標準差。對所有波長均使用擬合背景校正，無需確定每個元 素的離峰背景校正點，從而簡化了方法開發。
標樣和樣品前處理 利用 Conostan S-21+K 標準品配制 0、5、10、25 和 50 ppm 的工作標準溶液。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 些標準溶液使用 Conostan 元素空白油 (75 cSt) 進 行基質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 以測試 磨損金屬元素和添加元素的回收率。對測定的所有 元素均配制 25 ppm 的低濃度加標樣品。為 P 配制 50 ppm 的高濃度加標樣品，為 Zn 配制 100 ppm 的 高濃度加標樣品，為 Ca 配制 200 ppm 的高濃度加 標樣品。對于標準溶液，將樣品用元素空白油進行 基質匹配，使每種溶液中的總油濃度為 10% (w/w)。
結果與討論 在所有波長下獲得的線性校準相關系數均大于 0.999。圖 1 展示了濃度高達 50 ppm 的 Ca 422.673 的校準曲線，其相關系數高于 0.9999，且各個校 準點的校準誤差小于 1%。由于該校準曲線具有優 異的線性，因此可準確測定 300 ppm 的溶液加標 濃度，突出展現了 5100 RV ICP-OES 所能實現的 線性動態范圍 (LDR)。這一擴展的 LDR 還可減少校 準標樣的數量，意味著能夠投入更多的時間運行樣 品，而縮短校準所需耗費的時間。
在單次運行中即可測定油類樣品中的所有元素。利 用 5100 RV ICP-OES 獲得的加標回收率列于表 3 中。所有結果均處于預期值的 10% 以內。每個樣 品的分析時間為 30 秒，其中包括樣品間的 3 秒清 洗時間和每個樣品的三次重復讀數時間。每個樣品 的總氬氣消耗量僅為 9.5 L。
通過設置完整的分析序列（各樣品之間設置 3 秒的 沖洗時間）并在 4 小時內每 10 個樣品間測量一個 5 ppm 的 S21 + K 溶液來評估 5100 RV ICP-OES 的 長期穩定性。在整個運行中分析了 500 個樣品， 且未進行重新校準。所有元素的穩定性曲線展示于 圖 2 中。 穩定性處于 0.5% RSD 和 2.0% RSD 之間，與初始 讀數的濃度偏差小于 4%，表明 5100 RV ICP-OES 的垂直等離子體具有穩定的樣品處理能力，即使分 析挑戰性有機樣品也是如此。
結論 Agilent 5100 RV ICP-OES 是按照 ASTM D5185 方 法測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驗 室。5100 RV 相比于其他垂直觀測 ICP-OES 具有 許多優點：
• 使用 SVS 2+ 切換閥時，每個樣品的分析周期 為 30 秒，每個樣品的總氬氣消耗量為 9.5 L， 且不會影響準確度、精密度或穩定性
• 4 小時的分析時間內展現了優異的長期穩定 性，RSD < 2%
• 垂直等離子體和穩定的 27 MHz SSRF 系統具 有出色的基質處理能力和穩定性
• 直觀的軟件界面可簡化日常操作和方法開發 • 即插即用式炬管等硬件功能可實現操作人員間 以及儀器間出色的方法重現性
參考文獻 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)