Multi-Element Analysis of Petroleum Crude Oils using an Agilent 7900 ICP-MS

Význam tématu

Metoda víceprvkové analýzy ropných surovin je klíčová pro zajištění optimálního výkonu rafinérských procesů a kvality konečných produktů. Obsah stopových a přechodových prvků ovlivňuje stabilitu katalyzátorů, energetickou hodnotu paliv a splnění přísných norem ASTM týkajících se bezpečnosti a ekologie.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout rychlou, spolehlivou a citlivou metodu pro stanovení řady kovových prvků v ropných surovinách pomocí Agilent 7900 ICP-MS. Analýza byla navržena pro vysoký vzorkový průtok v rafinériích, přičemž byly validovány přesnost a opakovatelnost měření.

Použitá metodika

• Vzorky: 18 ropných surovin s různou API gravitací (9° až 51°), rozdělené do skupin světelné a těžké ropy.
• Příprava: Ředění v o-xylenovém ředidle (poměr 1:10 až 1:600), mechanické míchání 30 min pro úplné rozpuštění.
• Kalibrace: Olejové multi-prvkové standardy Conostan (1–1000 µg/kg), interní standardy Sc a Y (0,1 mg/kg), blank ropné matrix ředidlo.
• Validace: SRM NIST 1634c pro stopové prvky (Ni, V) a referenční prvky (As, Se) s opakovanými měřeními.

Použitá instrumentace

• ICP-MS: Agilent 7900 s ASX-520 autosamplerem.
• Vstřikování: Quartzová koncentricická MicroMist tryska, peristaltické čerpadlo (0,89 mm), Peltierova komůrka chlazená na –2 °C.
• CRC buňka ORS4: režimy He pro odstraňování polyatomických interferencí a H₂ pro vybrané prvky (Mg, Si, Ca, Fe, Se).
• Přídavný pátý plyn: kyslík (20 % O₂ v Ar) po komůrce pro eliminaci uhlíkatých usazenin.
• Volitelné prvky: Pt kónické vzorkovací a skimmrovací kužely, odtokový kit pro organické matrice.

Hlavní výsledky a diskuse

• Linearita kalibrací pro všechny stanovené prvky (R>0,998).
• Detekční limity (LOD) a ekvivalentní koncentrace pozadí (BEC) nízké pro většinu analyzovaných prvků; vyšší hodnoty u Fe, Zn, Cd a Sn pravděpodobně z kontaminace minerálním olejem.
• Recoveries v SRM 1634c: V 109 %, Ni 108–100 %, As 90 %, Se 105 %. Opakovatelnost v průběhu 12 měsíců výborná (RSD(r) <1,1 % pro As, <0,6 % pro Se).
• Kvantitativní výsledky pro Ca, Fe, Ni a V ukazují široký rozsah koncentrací napříč vzorky (V od 0,07 do 301 mg/kg).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou citlivost, nízké meze detekce a robustní provoz organic-resistant nastavení. Rychlé přepínání plynů v ORS4 a stabilní frekvenční matchování RF generátoru zkracují dobu analýzy a minimalizují drift. Výsledný protokol je vhodný pro rutinní kontrolu kvality v rafinériích a laboratorích QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zavedení oficiálních metod ASTM pro ICP-MS stanovení stopových prvků v ropných surovinách.
• Rozšíření aplikace na deriváty ropy (benziny, nafty, maziva) a složité environmentální vzorky.
• Integrace automatizované vzorkové přípravy, on-line diluční moduly a miniaturizované MS systémy.
• Využití alternativních, ekologičtějších organických rozpouštědel a optimalizace spotřeby energie díky pokročilým plazmovým zdrojům.

Závěr

Vyvinutá metoda využívající Agilent 7900 ICP-MS s ORS4 CRC pro přímé stanovení kovových prvků v ropných surovinách prokázala vysokou přesnost, opakovatelnost a robustnost. Nízké LOD a BEC spolu se snadnou přípravou vzorků ji řadí mezi perspektivní volby pro rutinní analýzu v petrochemickém průmyslu.

Reference

• ASTM International. Volné normy a standardy pro testovací metody v petrochemii. www.astm.org