微波消解与ICP—OES联用测定船用燃料油中金属含量

王军华 李正章 赵亚娟

摘 要：微波快速消解前处理方法结合标准要求使用ICP-OES测定金属离子，方法前处理时间短，速度快，回收率及检出限均优于目前使用的各种标准，可提高实验室检测效率。

关键词：微波消解；燃料油；金属含量

前言

船用燃料油由重油与轻质馏分油调制而成，是一种发热量大、燃烧性能好、贮存稳定、腐蚀小、使用范围广的优良燃油，是大马力、中、低速船舶柴油机最经济而理想的燃料，也可用作中小型喷嘴的锅炉燃料。为了防止调配过程中加入原油和其它废渣油和润滑油，进出口的船用燃料油要求对的金属离子硅、铝、钒、磷、钙、锌的各项质量指标要求限量。目前、在国家标准中要求检验方法按照ISO10478标准检验硅、铝，GB/T12575检验钒，其他金属离子还没有要求，而目前出口的船用燃料油要求采用英国石油协会标准（IP501）对其中硅、铝、钒、磷、钙、锌等金属离子进行测定，，以上三种方法均采用的是试样燃烧干法灰化最后用酸溶解，方法操作烦琐，费力费时。文章给出了一个新的微波快速消解前处理的方法并结合标准要求的ICP-OES测定金属离子的方法，与常规标准（ISO、IP）中的干法灰化在通过酸浸取溶解再通过ICP-OES测定金属离子的方法相比，大大的缩短了样品处理的周期和减少了二氧化碳排放对环境的影响，且方法的回收率、检出限等均优于目前的各种标准要求。

1 实验部分

1.1 主要的仪器

ICAP6300型电感偶合等离子体发射光谱仪及CID检测器（美国Thremo）； MARS-5微波消解系统（美国CEM）；超纯水系统（上海和泰）；移液枪（100～1000微升，0～100微升）。

所用到的玻璃器皿和塑料瓶均用硝酸（1+1）浸泡24小时，使用的铂金坩埚用硫酸氢钾在高温下处理过，并用大量超纯水（电阻率>18.0兆欧/cm2）清洗过。

1.2 试剂和标准溶液

盐酸＼硝酸＼氢氟酸＼硫酸＼所使用的试剂均为优级纯；使用的标准物质是国家标准物质研究中心購买的铝＼硅＼磷＼锌＼钙＼钒（1000微克每毫升）。

1.3 仪器工作参数

ICAP6300型电感偶合等离子体发射光谱仪

冲洗泵速：100rpm，分析泵速：50rpm；RFP功率：1150W；辅助气流量：0.5l/min；垂直观测高度：12.0mm；雾化气流量：2l/min，进样：雾化；样品冲洗时间：30s；最大积分时间：长波：15s；短波：30s；校正模式：浓度；跟踪全谱选择：智能全谱；最大积分时间：30s；波长范围选择：两者。

1.4 实验方法

准备好摇匀好的样品，称取一定量的燃料油样品到聚四氟乙烯消解管中，加入10ml硝酸，50微升氢氟酸，安装好消解管，将温度传感器连接好。按设定好的微波消解程序执行操作，消解完毕后，待冷却到60度以下后，打开炉门，取出消解管定容到50ml，转移到塑料瓶中，待测。

1.5 标准溶液的绘制

分别移取铝＼硅＼磷＼锌＼钙＼钒标准溶液（1000微克每毫升）0.0，0.05ml，0.1ml，0.2ml，0.5ml，1.0ml置于50ml容量瓶中，加入10ml硝酸和50微升的氢氟酸，用超纯水定容，并转移到塑料瓶中。

1.6 分析谱线的选择

根据标准待测元素的的含量，确定分析谱线：见表1。

2 结果与讨论

2.1 微波消解系统工作条件的选择

试样量的选择

由于消解的船用燃料油是有机样品，在试样与酸产生反应后会释放大量的气体，会使消解管内的压力骤然增大，导致消解管的防爆膜破裂，从实验室安全考虑，会产生不安全的因素，因此试验量越少越好。但样品量的大小又直接影响到目标金属离子的灵敏度和检测限。通过大量的试验表明取具有代表性的样品量在0.2～0.5g，压力均在消解管的耐压范围内，且消解的完全，由数据表明可以达到标准要求。

2.2 消解用酸的种类和用量的选择

考虑到燃料油是重油调和得到的液态的有机样品和可能含有的金属离子及其含量。因此选择了以下种类的酸进行消解现象如表2：由现象可知使用硝酸和氢氟酸的混合酸能够完全的消解试样。

2.3 微波消解程序的设定

按照仪器提供的经验公式是1～2个管400W，3～5个管800W，6个管以上用1600W，温度的设定可以以硝酸的沸点120℃和在0.5MPa下沸点能达到176℃为设定的终点温度为参考，在保准样品能够充分的消解完毕的前提下，时间越短越好。通过大量的试验表明：设定的程序下消解的时效和效能均比较满意，在消解时间内能够充分的消解完毕所有试样：见表3。

2.4 氢氟酸用量对结果的影响

由于目标金属离子中存在有硅，因此在微波消解试验过程中加入的氢氟酸是否对硅的测定结果有较大的影响，在称样量最大的情况下逐渐增加氢氟酸的量，实验结果表明：在硅含量在10mg/kg以下，加入0.05ml的氢氟酸不会影响结果，因此在实验前首先预估一下试验中大概的硅含量后，按此一定的比例加入不会影响结果。

2.5 回收率及检出限

通过微波消解法标准加入样品和按标准（IP501）实验加入的标准样品的回收率。

由表4、5中两个消解方法的回收率对比可知；微波消解方法回收率较标准方法回收率高，主要是因为微波消解全过程都是密闭的，与外界接触的很少，且温度不是很高，受热均匀，因此元素在消解过程中损失的就少，回收率高。而标准方法要经过在碳化、高温炉灰化两个温度很高的过程，且局部受热的均匀度完全不一样，致使在灰化过程中损失的几率就大，再加上灰化两过程均敞开在空气和马沸炉中，空气中和炉中的灰尘也是影响结果的重要因素，由此可见微波消解的回收率优于标准方法的干法灰化法。

2.6 检出限对比（如表6）

检出限通过绘制标准曲线后用空白试验连续测定10次，以标准偏差的3倍作为元素的检出限。

2.7 精密度试验

重复性和再现性

测定消解好的同一个样品两个样品，结果可知重复性优于标准方法的重复性要求。

3 结束语

数据表明微波消解和标准方法结果相吻合且优于标准方法。微波消解的前处理方式能够满足标准方法要求，且微波消解法仅耗时2小时就能处理完样品，而标准方法至少要10小时以上的时间，而且消耗大量的电能，综合考虑，建议我国标准涉及到消解的可以用上微波消解的要将其加入到标准中作为一种标准消解处理手段。可以加快检验的步伐，提高实效。

作者简介：王军华（1981-），男，江西安福人，硕士研究生，主要研究方向为石油化工。