High-Throughput Multi-Elemental Analysis of Crude Oil

Význam tématu

Ropa jako klíčová komodita vyžaduje přísné kontrolní postupy kvality zejména kvůli obsahu prvků niklu a vanadu, které ovlivňují průběh rafinace a životnost katalyzátorů. Stanovení stopových prvků v surové ropě je proto nezbytné pro dodržení obchodních specifikací a zajištění bezproblémového zpracování.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl vyvinout rychlou, spolehlivou a vysoce průtočnou metodu pro kvantitativní stanovení 23 prvků v surové ropě včetně Ni a V podle normy ASTM D5708-15. Bylo použito vertikálně orientované ICP-OES Agilent 5110 VDV s přepínacím ventilem AVS 7, která umožnila simultánní měření v jediné expozici a eliminaci spektrálních interferencí.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• ICP-OES Agilent 5110 VDV s dvojitým výhledem plazmy
• Přepínací ventil AVS 7 a autosampler SPS 4
• Seaspray koncentričný nebulizér a organická torch o průměru 1,4 mm
• Solvent resistentní tubing a cyklonická dvoucestná sprchová komora
• Solid state RF zdroj (SSRF) pro stabilní plasmu
• Detektor Vista Chip II CCD pro široký dynamický rozsah

Metodika:

• Analýza 23 prvků včetně Ni, V, S, Fe, Ca, Na, K, P, Mo
• Rychlý cyklus 52 s na vzorek a spotřeba argonu ~17 L
• Parametry plazmy: RF výkon 1,3 kW, tok plasma 12 L/min, nebulizér 0,6 L/min
• Standardy připravené v o-xylenovém ředidle s interním standardem yttriem
• Kalibrace lineární v rozsahu 0,1–50 mg/kg (S 200–2000 mg/kg)
• Fitted Background Correction pro korekci pozadí
• IntelliQuant pro rychlý semikvantitativní screening až 70 prvků

Hlavní výsledky a diskuse

Metodika prokázala detekční limity (MDL) pro Ni a V pod 0,3 mg/kg při 10násobném ředění. Analýza NIST SRM 1634c a SRM 8505 přinesla obnovy Ni a V v rozmezí 95–101 %. QC roztok obsahující Ca, K, Na, Ni, V vykázal < 10 % odchylku od nominálních hodnot. Měření 20 reálných vzorků ukázala variabilitu klíčových prvků, pouze polovina vzorků splnila limity WTI (< 8 ppm Ni, < 15 ppm V). Dlouhodobá stabilita byla potvrzena 6h běhu 400 vzorků s %RSD < 3 % a obnovami QC v ±10 %. IntelliQuant scan poskytl vizualizaci koncentrací pomocí teplotní mapy periodické tabulky během 15 s.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé vyhodnocení kvality surové ropy před skladováním či obchodem
• Minimalizovaná spotřeba argonu a provozní náklady
• Jednoduché ovládání pro rutinní provoz i méně zkušené uživatele díky ICP Expert Applet
• Široký dynamický rozsah umožňuje vyřadit opakované ředění vzorků
• Automatické korekce pozadí a identifikace interferencí

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší nasazení semikvantitativních screeningových nástrojů IntelliQuant pro předběžnou analýzu neznámých matric. Další vývoj se zaměří na plně automatizované inline stanovení prvků v průmyslových tocích a rozšíření metody na další složky ropných destilátů či biopaliv. Možné je propojení s datovými platformami pro rychlé rozhodování v logistice a obchodování.

Závěr

Vyvinutá metoda na Agilent 5110 VDV ICP-OES s AVS 7 nabízí robustní a vysoce průtočnou analýzu 23 prvků v surové ropě v souladu s ASTM D5708-15. Spojení vysokorychlostního detektoru, stabilního SSRF plazmového zdroje a inteligentního softwaru zajišťuje přesnost, spolehlivost a provozní efektivitu pro průmyslové i laboratořní aplikace.

Reference

1. ASTM D5708-15 Standard Test Methods for Determination of Nickel, Vanadium, and Iron in Crude Oils and Residual Fuels by ICP Atomic Emission Spectrometry, ASTM International, 2015
2. NIST SRM 1634c Trace Elements in Fuel Oil, NIST SRM 8505 Vanadium in Oil, National Institute of Standards and Technology
3. Agilent 5110 VDV ICP-OES User Manual, Agilent Technologies
4. Agilent ICP Expert Software Guide, Agilent Technologies