Direct multi-elemental analysis of crude oils using the Agilent 4200/4210 Microwave Plasma-Atomic Emission Spectrometer

Význam tématu

Kovové prvky v surové ropě ovlivňují sledování migračních procesů v ložiscích, efektivitu rafinačních katalyzátorů, kvalitu konečných produktů i environmentální rizika související s údržbou a uzavíráním provozů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit možnost přímé multielementární analýzy V, Ni, Fe, Ca, Na a K v surové ropě pomocí Agilent 4200/4210 MP-AES po jednoduchém 1:10 ředění v o-xylénu a porovnat výsledky s běžnými ICP-OES/MS technikami.

Použitá metodika a instrumentace

• Metoda: Microwave Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (MP-AES) s magneticky vázaným mikrovlnným plazmatem dusíku.
• Příprava vzorku: 1:10 ředění surové ropy v o-xylénu, doplněné minerálním olejem, disperzantem a interním standardem Sc.
• Instrumentace: Agilent 4200/4210 MP-AES, Agilent 4107 Nitrogen Generator, MicroMist nebulizér, dvojitá cyklonická komora, solvent-resistant tubing, EGCM pro přívod vzduchu.
• Software: MP Expert s automatickým výběrem vlnových délek, nastavením průtoku nebulizéru a korekcí pozadí.
• Kalibrace v rozsahu 0–10 ppm, korelační koeficienty >0,999 pro všechny analyty.
• Detekční limity (3σ): V 0,009 ppm, Ni 0,008 ppm, Fe 0,016 ppm, Ca 0,015 ppm, Na 0,022 ppm, K 0,190 ppm.

Hlavní výsledky a diskuse

MP-AES prokázala lineární odezvu bez významné interference organické matice. Spike recoveries (79,9 ppm) a QC testy (CCV, 885 ppm spike, CRM NIST 1634c) hodnotily přesnost v rámci ±10 %. Analýza 20 různých surových rop ukázala koncentrace Fe až ~131 ppm, V ~87 ppm, Ni ~68 ppm a Ca/Na/ K v desítkách ppm až pod detekčními limity. Výsledky vykazovaly vynikající korelaci s daty ICP-OES/MS.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální příprava vzorku bez časově náročné acidoběžné digesce.
• Snížení provozních nákladů díky použití dusíku namísto argonu a hořlavých plynů.
• Zvýšená bezpečnost a možnost nepřetržitého provozu bez obsluhy.
• Vhodné pro terénní a vzdálené laboratoře díky vestavěnému generátoru dusíku.
• Automatizovaná metoda s minimem uživatelského zásahu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření MP-AES pro analýzu biopaliv, vysoce viskózních uhlovodíkových matric a stopových prvků. Vývoj pokročilých plazmových modulů, softwarových algoritmů pro redukci pozadí a integrace s mikrofluidikou podpoří vysokopropustné a terénní analýzy.

Závěr

Agilent 4200/4210 MP-AES představuje robustní, citlivou a nákladově efektivní alternativu k ICP-OES/MS pro multielementární analýzu surových rop. Metoda splnila požadavky ASTM D7691 a poskytuje vysokou přesnost i bezpečnost provozu.

Reference

• Nelson J., Gilleland G., Poirier L., Leong D., Hajdu P., Lopez-Linares F. Elemental Analysis of Crude Oils Using Microwave Plasma Atomic Emission Spectroscopy, Energy & Fuels, 2015, 29 (9), 5587–5594.