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微波等離子體原子發射光譜儀測定乙醇燃料中的鉻、鎳、鉛和釩
閱讀：1147 發布時間：2022-8-10引言：從 70 年代中期第一次石油危機以來，乙醇燃料已經廣泛地應用于汽車上。最近，大量 flexfuel 發動機的使用與這種可再生能源的環保優勢相結合，推動了各地乙醇的生產和消費。在巴西，這種燃料由蔗糖產生，是高產量和可持續能源使用的成功案例 [1]。燃料中的金屬元素會降低發動機的性能或通過氧化分解反應惡化燃料的質量 [2]。此外，由于培育蔗糖生長的土壤成分原因，會很自然導致一些潛在的有毒元素存在于乙醇中。或者，在生產，存儲或運輸過程中這些元素也會進入燃料。因此，在燃料燃燒后，這些元素會顯著增加空氣的污染 [3]。在此應用簡報中，我們使用 Agilent 4100 微波等離子體原子發射光譜儀（MP-AES）對乙醇燃料中鉻、鎳、鉛和釩的測定進行直接分析。此儀器基于氮等離子體，由磁耦合微波能量產生。它的主要優勢之一是操作和維護成本低。無需單獨的氣源，僅需一個氮氣發生器和空氣壓縮機即可保證儀器的正常工作。本方法中，乙醇樣品僅需采用 1% v/v 硝酸溶液稀釋，即可直接上機測定，結果精確可靠。
實驗儀器采用 Agilent 4100 MP-AES 進行所有元素的分析測量。樣品引入系統由有機泵管，雙通道旋流霧室和惰性 OneNeb霧化器等組成。燃料樣品經水溶液稀釋直接上機分析，無需特殊的前處理，為避免炬管及前置光路的石英窗積炭，采用外部氣體控制模塊（EGCM）進行空氣注入。氮等離子體中空氣的注入，既提高了等離子體的穩定性又有效地降低了背景的輻射干擾。采用安捷倫 MP 專家軟件的自動背景校正功能，可自動針對每一元素進行采集，存儲并執行光譜背景的扣除校正。背景光譜通過空白溶液獲取，所有待分析的標準及樣品，均由軟件系統自動進行背景光譜的扣除。另外，可對于每個測定波長的霧化器壓力和觀測位置參數等自動進行優化。表 1 和表 2 給出了在乙醇燃料樣品中測定鉻、鎳、鉛和釩的儀器操作條件和設定值。
試劑和標樣硝酸（Merck，Darmstadt，德國），事先經亞沸騰蒸餾系統（Milestone，Sorisole，意大利）純化用于制備所有的溶液。1000 mg/L 鉻、鎳、鉛和釩（TecLab，Hexis，São Paulo，SP，巴西）的單元素儲備液溶液用于制備標準參考溶液并進行加標實驗。分析級乙醇（J. T. Baker，Phillipsburg，NJ，美國）用于基體匹配，標準參考溶液用于建立分析校準曲線。
樣品和樣品制備乙醇燃料樣品（含水乙醇）在巴西 SP，São Carlos 當地加油站獲得。根據巴西的法律，含水乙醇燃料中水的最大允許含量為 4.9% v/v [4]。采用 1% v/v 硝酸將樣品稀釋10 倍。外標法標準曲線采用鉻、鎳、鉛和釩標準儲備液稀釋獲取，1% v/v 硝酸；同時添加乙醇制備成匹配介質，乙醇含量為 10% v/v。
結果和討論方法優點在樣品測量前，首先進行了分析性能的評估測試。通過連續測量空白樣品 10 次，計算相對標準偏差，并利用背景等效濃度（BEC）, 信背比（SBR），來計算檢出限（LOD）和定量限（LOQ）。表 3 給出了測得的 LOD 和 LOQ 值。從數據結果可以看出與火焰原子吸收光譜（FAAS）相比，4100MP-AES 具有檢測能力。微波等離子體的優點在于分析如鉻和釩之類難熔元素。在微波等離子體中獲得的更高溫度，帶來更低的分析檢出限 LODs，而無需像 FAAS 測定時采用一氧化二氮乙炔火焰附加的特殊氣體 [5]。為驗證直接分析乙醇燃料樣品的準確性。進行了加標實驗，結果列于表 4 中。回收率在 92% ~ 108%。回收率結果表明，對于常規有機樣品分析中有機組分及伴隨元素如：銅、鈉、鐵等帶來的基體效應影響，在本實驗中表現并不明顯。
結論采用 Agilent 4100 MP-AES 直接分析乙醇樣品中金屬元素，方法簡單有效，樣品處理簡單，操作簡便易行。本實驗分析了三個樣品，乙醇樣品中所測元素未顯示受到污染。（即濃度低于檢出限）樣品僅需采用 1% V/V 硝酸稀釋，即可直接上機測定。適用于鉻、鎳、鉛、釩的精確分析。方法采用 EGCM 輔助系統，用于防止并消除炬管及前置光路系統積炭。以降低背景信號，有利于提高分析準確性。