“油” 你可靠，分析无忧-赛默飞iCAP MSX ICP-MS助力石化行业元素分析
时间：2024-12-17 阅读：79
石油化工行业中的杂质控制是保证原油、中间产品和最终成品质量的重要步骤。镍、钒、汞、铅等金属是众所周知的催化剂毒物，即使含量很低也会影响产品的质量。催化剂过早失活会导致生产周期中断，造成高昂的成本。很多实验室使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)分析原油、中间产品和最终成品(包括轻中馏出物)中的痕量元素。然而，随着对元素杂质含量的规定日益严格，仪器必须具有能够检测浓度水平更低的元素杂质的能力。由于电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)的灵敏度更高、特异性更强，现在已经成为了实验室首选的仪器。
参考《ASTM D8110 采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对馏出物进行元素分析的标准测试方法》中提供的指导原则，赛默飞新品iCAP MSX ICP-MS给出了可以对石油化工行业不同沸程的典型样品进行常规分析的案例。
1.不同类型的石化样品蒸汽压和粘度不同，通常需要使用额外的设备或者对样品进行预处理，才能将有机样品抽吸到等离子体中，以保持等离子体的稳定性，减少积碳，并尽可能降低背景干扰
2.有机溶液被吸喷雾化后改变了等离子体的负载和高频发生器的阻抗匹配状态，严重时会引起等离子体的不稳定甚至熄火，因此要求高频发生器具有超高的稳定性以及快速匹配的特性
3.碳对铬或钒等关键分析元素会产生干扰，因此需要仪器具有优秀的干扰消除能力
配备优化的进样系统，可以将额外的氩气流(可用于AGD模式下在线稀释样品)和氧气流(用于分析有机样品)分别连接至雾化室弯头的两个不同位置。因此，用户可以快速切换水溶性样品应用和有机样品应用，不会造成仪器停机。
智能基体处理技术(IMH)可在非分析步骤(样品提取和清洗)中有效处理样品基体，减少不必要的引入，从而延长进样系统的维护周期。
智能透镜电压同步扫描技术(IntelliLens)，可针对每种元素应用优化的电压设置，在整个质量范围内都具备极高灵敏度。
使用四极杆 QCell 碰撞/反应池，基于两级干扰排除机制，结合自动调节的质量筛选功能，有效抑制多原子干扰，实现全面的干扰去除。
Qtegra ISDS软件中的“Get Ready”功能，可支持所有分析实验室的日常工作流程，用户可以让仪器自动执行ICP-MS的启动和性能验证，从而腾出时间制备样品和完成实验室中的其他工作。
进样系统的配置专为满足分析有机样品的需求，具体条件参数如下：
表1 仪器参数
为了解决碳沉积的问题，另外配置了一个质量流量计，将纯氧以稳定流速加至雾化室弯头处。iCAP MSX ICP-MS的进样系统经过重新设计，可以通过雾化室弯头处的专用接口导入其他气体，与用于样品稀释的氩气分开。这对于需要快速切换含水溶液和有机溶剂的实验室来说是一大优势，现在无需改变气体连接即可实现。
在KED模式下，使用纯氦气作为唯一的碰撞气体检测了全部测试元素。iCAP MSX ICP-MS可在基体模式下运行，该模式经过优化具备出色、稳健的基体耐受能力，可分析复杂的基体。
为了减少等离子体中有机溶剂产生的高蒸汽压影响，并且能在一个序列中分析各种类型的样品，将雾化室冷却到-5℃。
配备了用高性能陶瓷材料制成的PLUS炬管，与标准石英炬管的几何尺寸和形状相同，可用于替换石英炬管。这种PLUS炬管十分耐用且使用寿命长，尤其适用于有机溶剂。
为了能够分析同一批次中不同类型的样品，使用了不同的方法来制备每一份样品。
燃料油/原油：首先用水浴将油样加热至40℃-60℃，然后充分混合，以确保样品的均匀性。从容积为50mL的烧瓶中准确取出1g均匀混合的油样，再用PremiSolv™稀释剂将油样稀释100倍。
重石脑油（沸点范围 160°C -180 °C）：直接抽吸到ICP-MS中。
轻石脑油（沸点范围 40°C -60 °C）：使用PremiSolv稀释剂将轻石脑油稀释10倍，再抽吸到ICP-MS中。
只使用氦气作为碰撞气体，并且仅在KED模式下测量所有元素，就可以实现足够低的检出限。
标准曲线相关系数(R)和仪器检出限(IDL)：
表2 各元素相关系数、检出限
图1和图2分别显示了对轻石脑油和稀释100倍的石油样品的加标回收率情况(除了K外的元素加标浓度为5ug/L，K的加标浓度为50ug/L)，加标回收率在80%-120%。
图1 加标回收测试结果：检测轻石脑油样品中各种元素浓度的准确率
图2 加标回收测试结果：检测原油样品中各种元素浓度的准确率
每隔10个样品就分析一次质控样品(QC)，以验证整个分析批间的分析准确度，进行了10小时的连续分析，并对QC进行了检测，平均准确率如图3所示，所有元素的平均准确率都在80%-120%的范围内，相对标准偏差小于5%，有力地证明了长期采集的数据具备较高的准确性和精确性。
图3 历时10个小时的样品分析结果中观察到的平均回收率(n=20)
采用 iCAP MSX ICP-MS对不同石油产品进行元素分析的方法为检测石油和石油加工产品的实验室提供了一种切实可行的解决方案，所拟定的分析方法适用于常规实验室，在确保尽可能减少系统停机时间的情况下，可以获得高通量、稳定、可靠的分析结果。