应用方案 | 微波消解-AAS法测定石油焦中Na、Ca、Fe、V、Ni

2023-02-15 14:16:27 北京海光仪器有限公司


一、引言

石油焦是炼油厂原油炼制加工剩余的最终产品,视其质量可用于制石墨、冶炼和化工等工业。石油焦灰分中的金属元素对石油焦等级的评定有很大影响,间接影响到制备石墨、电极等的品质,杂质如铁、钒、钴、镍含量越少,等级越高。优质石油焦中,杂质含量低,需要方法有较低的检出限,杂质元素种类较多,相互之间的测定干扰也不可不考虑。选择一种快速、灵敏、准确地检测方法非常重要,目前行业中常用的检测方法是行业标准SN/T 1830-2006原子吸收分光光度法(AAS)。

原子吸收分光光度计是我公司传统产品之一,先后共有二十余种型号投入市场,仪器性能稳定,自动化程度高,具有清晰流畅的软件界面,操作简便灵活的特点。本实验选择自备石油焦样品,首先将样品用马弗炉高温烧至灰白或灰黑色,然后采用微波消解前处理,得到澄清溶液,微波消解处理液用原子吸收火焰法检测Na、Ca、Fe、Ni,用石墨炉检测V,样品处理三份,计算精密度考察稳定性。本实验检测仪器采用北京海光仪器公司研发的GGX-910塞曼火焰原子吸收分光光度计和GGX-920塞曼石墨炉原子吸收分光光度计。

二、实验部分

2.1 试剂和样品

硝酸:优级纯

氢氟酸:优级纯

30% 过氧化氢:优级纯

2.2 仪器

塞曼火焰原子吸收分光光度计(GGX-910,北京海光仪器有限公司);

塞曼石墨炉原子吸收分光光度计(GGX-920,北京海光仪器有限公司);

微波消解仪(HGW-60,北京海光仪器有限公司)。

2.3 样品前处理

称取20 g石油焦样品于陶瓷坩埚中,记录坩埚质量和样品质量,将坩埚放入电热马弗炉700-850℃(注意灼烧时要有氧气通入)灼烧至石油焦变成灰白或深灰色粉末,冷却后称量,计算样品灰分。准确称取灰分0.02 g(精确至0.0001 g)于微波消解罐内杯中加入5 mL硝酸和2 mL氢氟酸,静置10 min后加入2 mL 30% 过氧化氢,再静置10 min后加盖拧紧,按设定微波消解程序进行消解(见表1)。反应完成冷却后卸掉消解罐,将内杯放至赶酸板中于180 ℃下赶酸至湿盐状,加入少量水和1 mL硝酸,继续加热至残渣完全溶解后停止加热,冷却至室温,转移至100 mL容量瓶中,用水定容后摇匀待测。用测定结果折合灰分的百分比,得到石油焦样品中待测元素含量。同时做试剂空白试验。

表1 微波消解程序

步骤

温度/℃

升温时间/min

保持时间/min

1
120
6
2
2
150
5
2
3
180
5
15

2.4 仪器条件和外标曲线

将所得到的微波消解液分别用火焰法检测Na、Ca、Fe、Ni,用石墨炉检测V,仪器分析条件见表2,石墨炉升温程序见表3。

表2 仪器工作条件

元素

火焰/

石墨炉

波长/nm

积分时间/s

狭缝宽度/nm

灯电流/mA

燃烧器高度/mm

工作

方式

Na

C2H2-空气

589.0

2

0.2

10
7

扣背景

Ca

C2H2-空气

422.67

2

0.2

10
7

扣背景

Fe

C2H2-空气

248.33

3

0.4

10
7

扣背景

Ni

C2H2-空气

232.00

2

0.2

10
7

扣背景

V

石墨炉

318.40

4

0.2

10
7

扣背景

表3 石墨炉升温程序

步骤

温度/℃

升温时间/s

保温时间/s

内气流量

mL·min-1

1

80

10
10
300
2

110

10
10
300
3

1400

15
10
300
4

2800

1
2
0
5

2900

1
1
300

分别逐级稀释Na、Ca、Fe、Ni、V标准溶液,配制石墨炉曲线母液、火焰镉标准系列,用1% HNO3定容,其中Ca的标准溶液需要0.1%的氯化镧作为“释放剂”。石墨炉法选择自动稀释方式制作外标曲线,火焰法制作标准系列,外标法定量。在优化最佳条件下分别绘制石墨炉和火焰法标准曲线,线性范围分别为0.5-5 mg/L、0.5-5 mg/L、0.2-2 mg/L、0.2-2 mg/L和20-100 μg/L。

4 标准曲线方程、相关系数和检出限

元素

标准曲线方程

相关系数

Na

Y=0.079x-0.0073

0.9994

Ca

Y=0.0668x-0.0057

0.9991

Fe

Y=0.1909x-0.0033

0.9997

Ni

Y=0.174x

0.9999

V

Y=0.0046x-0.0059

0.9993

2.5 测试和结果

5 石油焦样品测定结果

元素

测定值/mg·kg-1

RSD/%

Na

381.3859

352.8214

367.1309

3.89%

Ca

295.8332

269.7667

279.1183

4.69%

Fe

484.1509

455.232

480.3101

3.32%

Ni

51.4595

51.1847

50.6443

0.81%

V

376.4179

352.8214

367.1309

3.25%

三、结果与讨论

根据表4可以看出,运用GGX-910塞曼火焰原子吸收分光光度计和GGX-920塞曼石墨炉原子吸收分光光度计分别检测Na、Ca、Fe、Ni、V五种元素,分别在0.5-5 mg/L、0.5-5 mg/L、0.2-2 mg/L、0.2-2 mg/L和20-100 μg/L范围内线性良好,标准曲线方程相关系数在0.9991- 0.9999之间。根据表5的测试结果可以看出,方法重复性良好,三次独立实验之间的相对相差小于5%,说明测量有较好的稳定性。


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