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ICP-OES 提高測定油類樣品中金屬的分析效率
閱讀：1118 發(fā)布時間：2021-12-25前言：利用垂直觀測等離子體光譜儀ICP-OES測定油品中的金屬是一種行之有效的技術(shù)，對 于采用 ASTM 標準測試方法 D5185-13 的實驗室而言尤其如此。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(jiān) 測設(shè)備的磨損狀況，指示添加劑包的混合效率，或用于基礎(chǔ)油中金屬含量測定以 進行質(zhì)量保證 [1]。 Agilent 5110 垂直觀測 (RV) ICP-OES 具有高穩(wěn)定性、高分析速度和較低運行成 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 高級閥系統(tǒng)，后者簡化了工作流程并大大提高了分析效率，且不 影響準確度、精密度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。5110 RV 運行速度更快，減少了分析每 個樣品所需的氬氣，從而大大節(jié)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 5110 RV ICP-OES。專用的垂直觀測 (RV) 配置適用于分析有機樣品。即插即用式炬管設(shè)計可自 動定位垂直炬管并連接所有氣體，實現(xiàn)快速啟動的同時確保 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) 性有機物到煤油等半揮發(fā)性有機物的各種有機樣品。該系 統(tǒng)的優(yōu)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。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 通高級閥系統(tǒng) (AVS 6) 相結(jié)合進行自動樣品輸送 [2]。*集成的 AVS 6 利用高速泵以最大限度縮短提升時間，利用精準氣泡注入控 制輔助進行穩(wěn)定和沖洗，為有機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，與基于負壓的泵相比僅需極少維護。 該裝置設(shè)置簡單，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。
儀器運行條件在表 1a 和 1b 中列出。 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(fā)。
標準品和樣品前處理 利用 Agilent A-21+K 標準品配制 0、5、10、50 和 100 ppm 的工作標準溶液。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 單元素標準品配制 Ba 和 Zn (200 ppm) 以及 Ca、Cu、Fe 和 Mg (250 ppm) 的高濃度標準溶液。 這些標準品使用基礎(chǔ)礦物油 (75 cSt) 進行基質(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 溶劑將廢機油樣品按 1:10 (w/w) 的比例稀釋 后進行分析。向樣品中加入不同濃度的 A-21+K 以測試磨 損金屬元素和添加劑元素的回收率。對測定的所有元素均 配制 25 ppm 的低濃度加標樣品。為 P 和 Zn 配制 50 ppm 的高濃度加標樣品，并為 Ca 配制 130 ppm 的高濃度加標 樣品。對于標準溶液，將樣品用基礎(chǔ)礦物油進行基質(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相關(guān)系數(shù)均大于 0.999。這證 明5110 ICP-OES 能夠檢測油品中低濃度范圍 (mg/kg) 的 元素，同時還能以*準確度和精密度監(jiān)測高濃度磨損金屬 和添加劑。圖 1 顯示了濃度高達 250 ppm 的 Ca 422.673 的校準曲線，其相關(guān)系數(shù)高于 0.9999，且各個校準點的校 準誤差小于 3%。由于該校準曲線具有優(yōu)異的線性，因此 能夠準確測定該校準范圍以上的濃度，從而突出了 5110 RV ICP-OES 所能實現(xiàn)的線性動態(tài)范圍 (LDR)。這一擴展的 LDR 還可減少校準標樣的數(shù)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。利用配有 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 獲得的加標回收率列于表 3 中。 所有值均處于預(yù)期值的 ±10% 以內(nèi)。每個樣品的分析時間 為 22 秒，其中包括樣品之間的 2 秒沖洗時間，且每個樣品 進行兩次重復(fù)讀數(shù)。每個樣品的總氬氣消耗量僅為 7 L。 另外還使用未配備 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 對加標回收 率進行測定，結(jié)果獲得了相似的回收率。然而，其分析時 間為 52 秒，而使用 AVS 6 時僅為 22 秒。由于使用 AVS 6 可節(jié)省時間，因此能夠?qū)悠吠刻岣咭槐兑陨?，并使氬?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 時間）并在 6 小時內(nèi)每 5 個樣品測量一個廢機油樣品來 評估 5110 RV ICP-OES 的長期穩(wěn)定性。在整個運行中分 析了 1000 個樣品，且未進行重新校準。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閥系 統(tǒng) (AVS 6) 時可獲得優(yōu)異的精密度。
結(jié)論 Agilent 5110 RV ICP-OES 是按照 ASTM D5185 方法測 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。5110 RV 相 比于其他垂直觀測 ICP-OES 具有許多優(yōu)點： • 當(dāng)配有高級閥系統(tǒng) (AVS 6) 時，每個樣品的樣品分析 循環(huán)時間為 22 秒，每個樣品的總氬氣消耗量為 7 L， 且不會影響準確度、精密度或穩(wěn)定性 • 而使用未配備 AVS 6 的 5110 RV ICP-OES 時，每個 樣品的樣品分析循環(huán)時間則為 52 秒 • 使用 AVS 6 時，在 6 小時內(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)定和沖洗時間，從而 在不影響性能的前提下提高分析效率