火焰原子吸收法測定燃料油中金屬鈣鐵鎂含量

　　1 前言 
　　回煉用燃料油中含有大量的鈣、鐵、鎂等金屬元素，燃料油在使用過程中金屬元素對設備有一定的腐蝕，并且易形成大量鹽類物質沉積在設備上，影響設備的使用效率和使用壽命，嚴重時將導致事故的發生。燃料油的采購途徑比較廣，各個廠家提供的燃料油中的金屬含量各不相同，為了嚴格控制進入回煉裝置的燃料油中金屬含量，保證設備的正常使用，杜絕事故的發生，關鍵得保證采購的燃料油質量符合生產要求。因此，在燃料油進廠時金屬元素的分析成了必測項目。 
　　目前，燃料油中金屬元素含量分析一般采用灰化法進行樣品預處理，然后用四硼酸二鋰、氟化鋰熔解殘留物，再酸化定容，用原子吸收法或電感耦合等離子電感發射光譜測定。由于對進廠燃料油樣品主要控制鈣、鐵和鎂等常見金屬元素，且這三類金屬元素均易溶解于鹽酸，因此樣品預處理直接用鹽酸溶解，省去添加助溶劑，使得樣品預處理速度加快，并且樣品溶解完全，對分析結果沒有影響。如按傳統的處理方法，方法復雜，分析時間長，無法滿足日常生產分析要求。為了能夠滿足日常生產分析要求，且能夠準確、快速的測定出燃料油中金屬元素含量，燃料油樣品灰化后直接用1：1的鹽酸溶液溶解，定容進行分析。并對灰化溫度和灰化時間進行了大量的實驗，摸索出燃料油灰化的最佳分析條件，利用加標回收實驗表明此方法準確可靠。 
　　2 實驗部分 
　　2.1 儀器設備 
　　PE-AA700原子吸收儀 
　　數顯電熱板 
　　數顯恒溫烘箱 
　　馬弗爐 
　　100ml石英燒杯、石英表面皿 
　　2000ml玻璃燒杯 
　　100ml玻璃容量瓶 
　　玻璃移液管 
　　電子天平 
　　2.2 儀器參數 
　　2.3 試劑 
　　鈣單元素標準溶液：1000ug/ml 
　　鐵單元素標準溶液：1000ug/ml 
　　鎂單元素標準溶液：1000ug/ml 
　　鹽酸（GR）：1+1 
　　二級水 
　　2.4 燃料油性質 
　　2.5 樣品預處理 
　　2.5.1 將100ml石英燒杯和石英表面皿放于2000ml玻璃燒杯中，加入1000ml1+1鹽酸溶液放置于電熱板上加熱至微沸約30分鐘，除去附著在石英燒杯內壁的金屬物質。待冷卻后用二級水沖洗干凈放入恒溫干燥箱中（105℃），烘干備用。 
　　2.5.2 不同廠家的燃料油水分含量不一致，對于水分大的燃料油樣品首先進行脫水處理，否則在燃燒過程中由于水分沸點較燃料油低，受熱最先逸出，導致油品濺出，使得測量結果不準確。 
　　2.5.3 稱量約20g處理好的燃料油樣品于100ml石英燒杯中，準確稱量至0.0001g。每個樣品稱量兩個做平行樣，同時做空白實驗，空白實驗除了不加燃料油，其他操作同燃料油樣品實驗完全相同。將定量無灰濾紙對折兩次呈扇形，撕去尖端濾紙，把撕下的濾紙放于石英燒杯中，將濾紙打開至漏斗形狀倒扣在石英燒杯中，把石英燒杯置于電熱板上，待油完全浸透濾紙后將濾紙引燃，使樣品進行燃燒，燃燒過程中無需加熱，待樣品燃燒至不能再繼續被點燃時打開電熱板至400℃對樣品進行加熱，直至石英燒杯不再冒煙，灰化完全為止。將灰化完全的石英燒杯，放入升到一定溫度的馬弗爐門口邊緣，直至石英燒杯不冒黑煙時蓋上石英表面皿緩慢推至馬弗爐加熱區進行加熱。加熱至灰化完全時將石英燒杯取出，冷卻，沿壁加入1+1的鹽酸15ml，蓋上石英表面皿，放置于電熱板上加熱，使石英燒杯內殘留的灰分完全溶解，待石英燒杯內的液體蒸發至2-3ml時停止加熱，將石英燒杯取下，用二級水沖洗石英表面皿，洗液收集在石英燒杯內，用二級水沖洗石英燒杯內壁，轉移至100ml容量瓶中，定容至刻線。搖勻，待分析。具體的加熱溫度和加熱時間由2.6中的實驗給出。 
　　2.6 灰化溫度和灰化時間的選擇 
　　根據燃料油的性質將灰化溫度設定為500℃、550℃、600℃、700℃、800℃進行試驗，由于溫度的不同樣品灰化至完全需要的時間不同，對此進行了一系列實驗，根據實驗數據得出灰化溫度設定為500℃時，灰化時間過長，影響分析速度。灰化溫度為600℃時，灰化時間為2h，對于上述性質的燃料油，在此條件下樣品中的金屬元素分析數據穩定，分析速度快，能夠滿足生產分析要求。灰化溫度設定為700℃以上時灰化至完全的時間縮短至1.5h，可以達到灰化完全的要求，但是由于在高溫狀態下， 樣品極易產生元素損失， 且會形成酸不溶性混合物， 產生滯留損失。因此，對于此類燃料油選擇600℃加熱可滿足分析要求，且不造成待測金屬元素含量損失。 
　　確定了最佳灰化溫度，對灰化時間進行實驗驗證。在600℃條件下，對同一個燃料油樣品進行2h、8h和16h的加熱實驗，測定結果一致，從而證明了延長加熱時間對分析結果沒有影響，因此，只要保證燃料油樣品灰化完全，分析時間越短分析效率越高。通過實驗驗證，對比表2中燃料油的性質，綜合考慮設定燃料油樣品灰化加熱溫度為600℃、灰化加熱時間為2h，即可滿足分析要求。 
　　2.7 火焰原子吸收分析步驟 
　　2.7.1 樣品準備 
　　將2.5.3中預處理的燃料油樣品定容至100ml，搖勻，待分析。 
　　2.7.2 開機準備 
　　打開PE-AA700火焰原子吸收光譜儀，點擊圖標進入工作站，進行聯機，打開通風設備后打開空氣、乙炔。 　　2.7.3 標準工作曲線的繪制 
　　用1000ug/ml的鈣、鐵、鎂標準溶液進行稀釋，根據樣品中待測金屬元素含量配制成不同濃度的標準溶液，進行標準工作曲線的繪制。鈣標準工作曲線濃度：1.0ug/ml、2.0ug/ml、3.0ug/ml、4.0ug/ml、5.0ug/ml，鐵標準工作曲線濃度：1.0ug/ml、2.0ug/ml、3.0ug/ml、4.0ug/ml、5.0ug/ml，鎂標準工作曲線濃度：0.1ug/ml、0.2ug/ml、0.3ug/ml、0.4ug/ml、0.5ug/ml。將配制好的標準工作溶液吸入火焰原子吸收光譜儀中進行標準工作曲線的繪制。曲線的線性相關系數達到0.999以上，否則因為標準工作曲線線性低，影響分析結果的準確性，在燃料油樣品分析過程中如果樣品中待測金屬元素含量超出標準工作曲線范圍，則應對2.5.3中預處理好的樣品進行稀釋后再測定。保證樣品測定值在標準工作曲線的線性范圍內。 
　　2.7.4 樣品測定 
　　將2.5.3中預處理的樣品搖勻用2.7.3繪制的標準工作曲線進行樣品測定，測定數據如下表3： 
　　2.8 加標回收實驗 
　　為了驗證燃料油樣品在600℃加熱2h灰化的過程中沒有樣品損失、未引入待測金屬元素，對燃料油樣品進行了加入標準溶液的回收實驗，將一定體積的1000ug/ml標準溶液用移液管加入樣品中，用相同的分析條件進行燃燒灰化，并用火焰原子吸收光譜儀進行樣品測試，其中鎂含量的加標回收定容至1000ml，為了防止測定值超出標準工作曲線范圍。測試結果如表4： 
　　通過加標回收實驗得出樣品加標回收率均高達98%以上，有效驗證了本實驗方法的穩定性和準確性。由于實驗中采用的是石英燒杯，石英表面皿，其性質穩定，實驗過程中儀器本身不引入待測金屬元素誤差，樣品損失量小。 
　　3 結論 
　　采用定溫灰化法預處理樣品，灰化溫度為600℃、加熱時間為2h，用火焰原子吸收法測定燃料油中金屬元素鈣、鐵、鎂，通過加標回收實驗證明方法穩定性好，準確度高，適合分析燃料油中金屬元素，可以滿足日常生產分析要求。 
　　4 注意 
　　4.1 樣品量控制在約20g左右，因為樣品量太少不具有代表性，引入樣品不均勻性的誤差，樣品量太大引起灰化困難或時間太長，勢必引入新的誤差并且增加了工作量； 
　　4.2 由于瓷坩堝在高溫下長期加熱易損耗且易帶入分析誤差，本實驗使用石英燒杯和石英表面皿，避免了傳統燒灰使用瓷坩堝帶入的誤差； 
　　4.3 樣品在馬弗爐內灰化時在石英燒杯上蓋上石英表面皿，以免馬弗爐頂部和內壁的灰塵掉進石英燒杯內，影響分析結果的準確性； 
　　4.4 預灰化的石英燒杯放入馬弗爐的中心加熱區，因為靠近門口的位置達不到預設加熱溫度，使得在2h內灰化不完全，影響實驗完成； 
　　4.5 樣品在用高溫馬弗爐灰化以前， 必須先在電熱板上低溫炭化至無煙（ 預灰化）； 
　　4.6 如果樣品發生變化，比如樣品為蒽油或者液化重油，則在分析溫度不變的情況下必須延長加熱時間，否則灰化不完全，無法進行樣品溶解進而進行下一步分析。 
　　5 結束語 
　　在日常分析工作中面對的樣品具有復雜多樣性，分析要求特殊性。因此，分析方法的改進與開發顯得尤為重要，我們要在工作中不停的去發現、去創造新的分析方法，以滿足日常的分析工作要求。