微波消解icp-ms法測定石腦油中矽含量的方法

2023-10-09 14:08:39 2

專利名稱：微波消解icp-ms法測定石腦油中矽含量的方法
技術領域：
本發明涉及石腦油樣品的微波處理技術，具體地說，涉及微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法。

背景技術：
煉油廠進行石腦油加工過程中，矽含量過高易導致加氫精制催化劑中毒。因此石腦油中矽含量測定被列為煉油廠生產中的重要監控對象。但是同類石腦油中矽含量的測定方法未見有相關文獻報導。
傳統的燃料油中矽含量測定的預處理方法是先將樣品加熱，用燃燒法除去可燃性物質，在馬弗爐中灼燒24小時除碳，再加入四硼酸鋰/氟化鋰助熔劑後在馬弗爐繼續加熱，熔化殘餘物，將熔化的混合物溶解於酸液中，最後定容。這種方法因其耗時、費力、溶劑用量大、樣品空白高及汙染嚴重等缺陷，一直是制約整個測試過程的「瓶頸」。針對這些弊端，需要一種快速、準確、經濟而且利於環保和人體健康的分析測試方法。
在檢測手段方面，電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)是一種多元素分析技術，具有極好的靈敏度和高效的樣品分析能力。ICP-MS儀器用等離子體(ICP)作為離子源，質譜(MS)分析器檢測產生的離子。它可以同時測量周期表中大多數元素，測定分析物濃度可低至納克/升(ng/L)或千億分之幾(ppt)的水平。
張金生的《微波消解-分光光度法測定石油焦中矽》報導稱量0.05g石油焦樣品於消解罐中，加入2.5mL 68％硝酸後蓋上蓋，放入微波消解爐中，設定如下程序進行消解功率為425W，先將壓力設定為0.4MPa、5分鐘升溫，後壓力增加到0.4Mpa、保持5分鐘，再壓力增加到0.5Mpa、20分鐘升溫，壓力增加到0.6Mpa、繼續保持20分鐘，再壓力增加到0.7Mpa、又保持10分鐘。消解結束後，將其取出、冷卻，打開樣品罐將消解液轉移到50mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，後取適量溶液於50mL容量瓶中，加入顯色劑、絡合劑等，用水稀釋定容，靜置15分鐘，待測。其缺點在於該微波消解過程中的壓力控制步驟複雜，消解時間較長，不太適合易燃易爆的輕質石油產品的消解處理。
目前還沒有使用微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的報導，申請人經過長期研究和努力，解決了石腦油中微量矽測定的「瓶頸」，是一種簡捷、快速而準確、安全的分析測試方法。


發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，實現了石腦油中矽含量的測定，不僅快速、準確，而且有利於環境保護和人體健康。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是 微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，包括以下步驟 1)稱取石腦油樣品置於微波消解罐內，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸，蓋好蓋子，插入保護套中並放上安全彈簧片，壓緊整個消解罐，另取一乾淨消解罐，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸製成空白樣品，然後將裝有樣品和空白樣品的消解罐都放入微波消解儀中； 2)消解程序啟動微波消解儀，打開程序控制系統，設定功率、升溫程序、恆溫時間、冷卻時間； 3)步驟2)消解程序結束後，待溫度顯示達到40℃以下則打開微波消解儀，取出消解罐，在電熱板上蒸至2mL，然後定容； 4)步驟3)得到的定容液在電感耦合等離子體質譜儀上測得溶液中矽含量。
所述步驟1)中石腦油樣品為0.2～0.5g，65～68％硝酸6～8mL，30％過氧化氫1～2mL，40％氫氟酸0.01～0.2mL。
所述步驟2)中微波消解儀程序設定為功率800～1200W、升溫程序為5～15min升溫至190～220℃、5～25min恆溫，冷卻10min。
所述步驟3)中在電熱板上蒸至2mL，然後定容至10mL。
所述步驟4)中矽含量計算公式C＝(Ci-C0)×V/M 式中C-石腦油中矽元素的含量，μg/g Ci-矽元素在試液中的含量，μg/mL C0-矽元素在空白液中的含量，μg/mL V-試液的體積，mL M-稱取石腦油樣品的質量，g 計算可得原石腦油中的矽含量。
本發明的有益效果是 (1)目前還沒有石腦油中矽含量測定的報導，本發明為煉油廠的生產裝置提供及時、準確的數據提供了分析方法，可產生較大的社會和經濟效益； (2)本發明樣品處理時間短，將樣品處理時間由原來的2～3天縮短為僅需3～5小時，大大縮短了測定時間，提高了工作效率； (3)本發明避免了鍛燒過程中元素的損失，使測定結果更加準確； (4)本發明僅使用約10毫升的酸液，與傳統矽含量測定方法相比，大大減少了溶劑用量，有利於環境保護和人體健康； (5)本發明樣品處理步驟簡單，便於操作，便於溶液的酸度控制，降低了其他元素積的記憶幹擾，減少了對ICP-MS的損傷，提高了實驗精密度； (6)本發明可適合於易燃易爆的輕質石油產品的消解處理。



圖1是微波消解儀的過程曲線； 圖2是矽元素的ICP-MS標準曲線圖。

具體實施例方式 下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1 油品中心檢驗室石腦油中矽含量的測定 1.實驗所用儀器及設備 電感耦合等離子體質譜儀美國Agilent公司7500a 微波消解儀義大利Milestone公司 超純水機上海優普UPR-I-10T+UPT-II-10T組合型 電熱板(溫度範圍0～250℃) 電子天平(稱量範圍0.1mg～220g) 2.實驗所用試劑 超純水(自製) 30％過氧化氫(優級純) 65％、68％硝酸(光譜純)，Fluck公司 40％氫氟酸(分析純) 矽元素標準溶液1000mg/L上海晶純試劑廠 3.試驗步驟 3.1微波消解處理樣品 取0.2107g石腦油樣品於微波消解罐中，然後依次加入7mL 65％硝酸、1mL過氧化氫和0.05mL氫氟酸，裝配好消解罐，同時製備空白樣品，將微波消解罐置於微波消解儀中；開啟微波消解儀，將程序設定為功率1000W、溫度200℃，升溫程序為10分鐘升溫至200℃後，恆溫10分鐘，冷卻10分鐘；待消解完畢，溫度降至室溫時，取出消解罐，在電熱板上蒸至約2mL，最後10mL定容。
3.2電感耦合等離子體質譜儀的工作條件 發射功率1500W 採樣深度7.4mm 等離子氣體流量15L/min 載氣流量1.03L/min 補償氣流量0.14L/min 霧化室溫度2℃ 蠕動泵速率0.1mL/min 因等離子體質譜分析中矽元素的常見質量數有28和29，質量數28易受到N2的幹擾，故選29作為矽含量測定的特徵質量數。本發明所配矽標準溶液濃度分別為Si 0，0.100，0.200，0.500μg/mL。
3.3樣品測定 開啟電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)，待儀器點火完全穩定好後，利用ICP-MS工作站軟體建立矽元素分析方法，分別測定所配標準溶液(Si 0，0.100，0.200，0.500μg/mL)，後進行數據分析，建立矽元素測定的標準曲線。然後依次進行樣品空白和待測樣品的測試。計算機數據處理後得到的測試結果為單位(μg/mL) 3.4結果計算 利用公式 C＝(Ci-C0)×10/M 式中C-樣品中元素的含量(μg/g) Ci-空白液中該元素的濃度(μg/mL) C0-樣品消解液中該元素的濃度(μg/mL) M-所稱取樣品的質量(g) 通過計算可得樣品中元素矽的含量為8.068μg/g。
實施例2 油品中心檢驗室石腦油中矽含量 取0.3418g該石腦油樣品於微波消解罐中，然後依次加入6mL 68％硝酸、1mL過氧化氫和0.1mL氫氟酸，裝配好消解罐，同時製備空白樣品，將微波消解罐置於微波消解儀中；開啟微波消解儀，將程序設定為功率1200W、溫度220℃，升溫程序為15分鐘升溫至220℃後，恆溫5分鐘，冷卻10分鐘；待消解完畢，溫度降至室溫時，取出消解罐，在電熱板上蒸至約2mL，最後10mL定容。開啟ICP-MS，按上述儀器的工作條件設定儀器，並建立本樣品的分析方法。待儀器點火完全穩定好後，利用ICP-MS工作站軟體建立矽元素分析方法，分別測定所配標準溶液(Si 0，0.100，0.200，0.500μg/mL)，後進行數據分析，建立矽元素測定的標準曲線。然後依次進行樣品空白和待測樣品的測試。計算機數據處理後得到的測試結果為單位(μg/mL) 利用公式C＝(Ci-C0)×10/M 式中 C-樣品中元素的含量(μg/g) Ci-空白液中該元素的濃度(μg/mL) C0-樣品消解液中該元素的濃度(μg/mL) M-所稱取樣品的質量(g) 通過計算可得樣品中元素矽的含量為8.104μg/g。
實施例3 油品中心檢驗室石腦油1#、2#、3#中矽含量 分別稱取1#、2#、3#石腦油樣品0.2794克、0.3543克、0.4849克分別置於微波消解罐內，然後依次加入8mL 65％硝酸、1mL過氧化氫和0.01mL氫氟酸，裝配好消解罐，同時製備空白樣品。將微波消解程序設定為功率800W、溫度210℃，10分鐘升溫至210℃、恆溫15分鐘，冷卻10分鐘。取出各消解罐至140℃電熱板上，將酸液趕至2mL，10mL定容。ICP-MS測試溶液中矽濃度為(單位μg/mL) 通過公式C＝(Ci-C0)×10/M，式中 C-樣品中元素的含量(μg/g) Ci-空白液中該元素的濃度(μg/mL) C0-樣品消解液中該元素的濃度(μg/mL) M-所稱取樣品的質量(g) 計算得到各樣品中矽含量為(單位μg/g) 實施例4 煉油廠檢驗室石腦油中矽含量測定 分別稱取20#、21#、22#、23#、24#、25#石腦油樣品0.1938g、0.2658g、0.3002g、0.1910g、0.2730g和0.2409g分別置於六個微波消解罐內，然後依次加入7mL 68％硝酸、2mL過氧化氫和0.2mL氫氟酸，裝配好消解罐，同時製備空白樣品。將微波消解程序設定為功率800W、5分鐘升溫至190℃、恆溫25分鐘，冷卻。取出各消解罐至140℃電熱板上將酸液趕至2mL，10mL定容。ICP-MS測試溶液中矽濃度為(單位μg/mL) 通過公式C＝(Ci-C0)×10/M，式中 C-樣品中元素的含量(μg/g) Ci-空白液中該元素的濃度(μg/mL) C0-樣品消解液中該元素的濃度(μg/mL) M-所稱取樣品的質量(g) 計算得到各樣品中矽含量為(單位μg/g)
權利要求
1.微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，其特徵在於，包括以下步驟
1)稱取石腦油樣品置於微波消解罐內，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸，蓋好蓋子，插入保護套中並放上安全彈簧片，壓緊整個消解罐，另取一乾淨消解罐，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸製成空白樣品，然後將裝有樣品和空白樣品的消解罐都放入微波消解儀中；
2)消解程序啟動微波消解儀，打開程序控制系統，設定功率、升溫程序、恆溫時間、冷卻時間；
3)步驟2)消解程序結束後，待溫度顯示達到40℃以下則打開微波消解儀，取出消解罐，在電熱板上蒸發，然後定容；
4)步驟3)得到的定容液在電感耦合等離子體質譜儀上測得溶液中矽含量。
2.根據權利要求1所述的微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，其特徵在於，步驟1)中石腦油樣品為0.2～0.5g，65～68％硝酸6～8mL，30％過氧化氫1～2mL，40％氫氟酸0.01～0.2mL。
3.根據權利要求1所述的微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，其特徵在於，步驟2)中微波消解儀程序設定為功率800～1200W、升溫程序為5～15min升溫至190～220℃、5～25min恆溫，冷卻10min。
4.根據權利要求1所述的微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，其特徵在於，步驟3)中在電熱板上蒸發至2mL，然後定容至10mL。
全文摘要
本發明公開了一種微波消解ICP-MS法測定石腦油中矽含量的方法，將石腦油樣品置於微波消解罐內，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸，蓋好蓋子，插入保護套中並放上安全彈簧片，壓緊整個消解罐，另取一乾淨消解罐，依次加入硝酸、過氧化氫和氫氟酸製成空白樣品，然後將裝有樣品和空白樣品的消解罐都放入微波消解儀中，經消解程序，在電熱板上蒸發，然後定容；定容液在電感耦合等離子體質譜儀上測得溶液中矽含量。本發明樣品處理僅需3～5小時，大大縮短了測定時間，提高了工作效率；避免了鍛燒過程中元素的損失，使測定結果更加準確。
文檔編號G01N1/44GK101762632SQ20091021626
公開日2010年6月30日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者聞環, 劉慧琴, 呂玉平, 楊明桂, 王希在 申請人:廣東省惠州市石油產品質量監督檢驗中心