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使用Agilent 5100 SVDV ICP-OES分析生物柴油
閱讀：1236 發(fā)布時(shí)間：2021-10-24前言 自 20 世紀(jì) 90 年代以來，基于源自“生物"資源（例如植物油或動 物油）的烷基酯的可再生燃料的應(yīng)用穩(wěn)定增長。生物柴油使用“B" 評定量表進(jìn)行評級。B100 是指 100% 純生物柴油，B20 表示 20% 生 物柴油與 80% 石化柴油的混合物。通常，B20 或更低評級的混合燃 料可用于柴油動力設(shè)備（包括汽車發(fā)動機(jī)），無需對動力設(shè)備進(jìn)行改 裝或只需極少改裝。作為成品質(zhì)量保證測試的一部分，需要對生物燃 料中的金屬污染物進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且生物燃料生產(chǎn)商必須遵循各種 規(guī)定要求（包括燃料中 Na 和 K、Ca 和 Mg、S 和 P 的最高含量）。 表 1 中列出了美國 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) D6751（針對混合燃料的生物柴油組 分）和歐盟 EN 標(biāo)準(zhǔn) 14214（針對 B100 或混合生物燃料）中規(guī)定的 監(jiān)管濃度。
利用配備垂直或水平觀測等離子體的 ICP-OES 測定生物柴油中的金 屬是業(yè)內(nèi)常用的一種成熟技術(shù)。
本應(yīng)用簡報(bào)介紹了使用 Agilent 5100 同步垂直雙向 觀測 (SVDV) ICP-OES 進(jìn)行生物柴油分析。 借助 Agilent 5100 同步垂直雙向觀測 (SVDV) ICP-OES，操作人員能夠基于需要測量的元素和需 要實(shí)現(xiàn)的檢測限靈活選擇等離子體觀測模式（垂直 或水平）。 5100 SVDV ICP-OES 還具有高水平的等離子體穩(wěn) 定性，可提供良好的長期分析穩(wěn)定性。它的快速樣 品分析能力可降低氬氣消耗量及相關(guān)的運(yùn)行成本， 并且該儀器可實(shí)現(xiàn)出色的總體分析性能。
實(shí)驗(yàn)部分
儀器 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 配備玻璃同心霧化 器和安捷倫有機(jī)物分析工具包（包括 1.4 mm 內(nèi) 徑中心管、耐溶劑管線和雙通道旋流霧化室）。該 儀器采用在 27 MHz 下運(yùn)行的固態(tài) RF (SSRF) 系 統(tǒng)，可提供穩(wěn)定的等離子體，即使在有機(jī)樣品分 析中也具有出色的長期分析穩(wěn)定性。由于 RF 系統(tǒng) 能夠快速調(diào)整以適應(yīng)等離子體條件的變化，因此 5100 SVDV ICP-OES 可使用類似于水溶液分析所 用的低氣流等離子體條件輕松分析從揮發(fā)性有機(jī)物 （例如甲醇和汽油）到半揮發(fā)性有機(jī)物（如煤油及 其他溶劑）的各種有機(jī)樣品。所有測量均采用水平 等離子體觀測模式。利用 Agilent SPS 3 樣品前處 理系統(tǒng)自動輸送樣品。5100 SVDV ICP-OES 配備三通氣體控制模塊，可 使 Ar/O2 混合氣體自動通過輔助氣體管線。有時(shí)需 要向等離子體中加入氧氣以消除炬管中的碳積聚。 但是，在使用煤油作為主要溶劑時(shí)，由于采用垂直 取向的等離子體，因此無需加入氧氣。
快速自動曲線擬合技術(shù) (FACT) 在分析用有機(jī)溶劑稀釋的樣品時(shí)，由碳引起的光譜 干擾會影響某些元素的測量。在本次生物柴油分 析中，對 K 和 Na 譜線應(yīng)用 FACT 校正以改善檢測 限。傳統(tǒng)的離峰背景校正無法以足夠的準(zhǔn)確度或精 密度有效測定分析物峰下的背景信號。安捷倫FACT 背景校正技術(shù)無需手動確定所有元素的校正 點(diǎn)，從而簡化了方法開發(fā)過程。使用 FACT 對碳發(fā) 射引起的復(fù)雜背景結(jié)構(gòu)建模，能夠更準(zhǔn)確地測量分 析物信號。基于空白和分析物的譜圖，可輕松創(chuàng)建 FACT 模型。在測定溶于煤油類溶劑中的生物柴油 基質(zhì)中的低濃度 Na 時(shí)，F(xiàn)ACT 能夠使定量限降低 一個數(shù)量級，且不增加分析時(shí)間。首先使用 FACT 背景校正，然后采用擬合背景校正得到的 Na 和 K 的 MDL 列于表 3 中，表明 FACT 背景校正能夠?qū)?現(xiàn)更低的定量限。 所用的方法和儀器運(yùn)行條件列于表 2 中。分析所選 擇的波長和校準(zhǔn)參數(shù)列于表 3 中。
標(biāo)樣和樣品前處理 由包含 20 ppm Ca、Mg、Na、K 和 P 的 Conostan 定制混合多元素生物柴油標(biāo)準(zhǔn)品 ( C o n o s t a n Division, Conoco Specialty Products Inc., Ponca City, OK, USA) 配制 0.5 ppm、1 ppm 和 2 ppm 的 工作標(biāo)樣。測量前對溶液進(jìn)行振搖，確保溶液中的 P 混合均勻。 用稀釋劑按 1:10 的比例稀釋金屬生物柴油空白， 制得標(biāo)樣空白。 由包含 20 ppm 硫的單元素標(biāo)準(zhǔn)品 (Conostan) 單 獨(dú)配制硫標(biāo)樣。利用煤油 (D60 Recosol) 作為稀釋 劑。采用 Conostan 生物柴油空白使所有溶液基于 重量比實(shí)現(xiàn)粘度匹配，使每種溶液中的總油濃度達(dá) 到 10% (w/w)。B100 生物柴油樣品購自當(dāng)?shù)氐纳?物柴油經(jīng)銷商。為測量濃度為 0.5 ppm 的元素的回 收率，在 B100 樣品 (0.75 g) 中加入 0.25 g 生物柴 油標(biāo)準(zhǔn)品 (20 ppm)，并用煤油 (10 g) 按 1:10 的比 例進(jìn)行稀釋。B100 樣品采用相同的方式配制，但 是用生物柴油空白代替生物柴油標(biāo)準(zhǔn)品。
結(jié)果與討論 在分析過程中重復(fù)測定 10 次標(biāo)準(zhǔn)空白溶液，根 據(jù)其三倍標(biāo)準(zhǔn)差獲得表 3 中列出的方法檢測限 (MDL)。結(jié)果表明，該方法的靈敏度超出了美國 和歐盟規(guī)定中關(guān)于測定生物柴油中 Ca、K、Mg、 Na、P 和 S 所需的靈敏度。
加標(biāo)回收率 B100 樣品中 6 種目標(biāo)元素的加標(biāo)濃度均約為 0.5 ppm，并且所有元素的回收率均處于目標(biāo)值的 ±5% 以內(nèi)（表 4）。優(yōu)異的回收率表明，ICP-OES 能夠在所需濃度下準(zhǔn)確測定生物柴油燃料樣品中 的 Ca、K、Mg、Na、P 和 S。B100 樣品中的 Ca、K、Mg、Na、P 和 S 的實(shí)測值均低于 ASTM D6751 和 EN 14214 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的監(jiān)管限值。
高樣品通量和低氬氣消耗量 5100 SVDV ICP-OES 將樣品間的分析周期縮短至 80 秒，相當(dāng)于每小時(shí)分析 45 個樣品，每個樣品 僅使用 27 升氬氣。Agilent SPS 3 自動進(jìn)樣器和 5100 SVDV ICP-OES 中的快速 Vista Chip 2 檢測 器結(jié)合，使這一切成為可能，Vista Chip 2 檢測器 在單次測定中能夠讀取所有波長。
結(jié)論 配備垂直炬管的 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 采用 水平觀測模式，能夠應(yīng)對生物柴油常規(guī)分析中的挑 戰(zhàn)，具有出色的方法檢測限，并在所有所選波長下 獲得了優(yōu)異的加標(biāo)回收率。 垂直取向的炬管意味著無需向混合氣體中加入氧氣。 該方法性價(jià)比非常高，可實(shí)現(xiàn) 80 秒/樣品的樣品通 量以及 27 升/樣品的低氬氣消耗量。5100 SVDV ICP-OES 所具有的 FACT 背景校正功 能可校正其他方式無法解決的任何光譜干擾。這樣 可降低生物柴油樣品中的方法檢測限，并且本研究 證明，在應(yīng)用 FACT 背景校正時(shí)，Na 和 K 的 MDL 能夠降低近一個數(shù)量級。 本研究中分析的 B100 生物柴油樣品同時(shí)滿足歐盟 和 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的要求