電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定水-乙二醇型難燃液壓液中Ca、Mg、Zn元素含量

鄭慶波 劉東風(fēng) 石新發(fā)

(海軍工程大學(xué) 青島油液檢測(cè)分析中心，山東 青島 266012)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定水-乙二醇型難燃液壓液中Ca、Mg、Zn元素含量

鄭慶波 劉東風(fēng)*石新發(fā)

(海軍工程大學(xué) 青島油液檢測(cè)分析中心，山東 青島 266012)

通過(guò)基體匹配法消除光譜干擾，采取降低霧化氣流量、提高冷卻器流量和降低蠕動(dòng)泵泵速以減少進(jìn)樣量的措施直接進(jìn)樣，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定水-乙二醇型難燃液壓液中Ca、Mg、Zn添加劑元素含量的分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所測(cè)各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，加標(biāo)回收率在97%～105%，方法的檢出限均小于0.15 mg/L。方法無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，直接進(jìn)樣檢測(cè)，具有分析速度快、操作簡(jiǎn)單、測(cè)定結(jié)果可靠等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)水-乙二醇型難燃液壓液中Ca、Mg、Zn元素的含量分析。

ICP-AES；水-乙二醇型難燃液壓液；基體匹配法；直接進(jìn)樣

0 引言

水-乙二醇型難燃液壓液具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、抗燃性和價(jià)格優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、電力、航空和艦船等要求阻燃環(huán)境的行業(yè)[1]。在用液壓液中的元素主要來(lái)源于添加劑、設(shè)備磨損和外界污染，元素含量一方面代表油品的質(zhì)量指標(biāo)，另一方面代表設(shè)備的磨損及運(yùn)行狀態(tài)。添加劑是決定液壓液質(zhì)量的極為重要的因素，液壓液中的Ca、Mg、Zn等添加劑元素的含量能間接反映該液壓液的質(zhì)量等級(jí)和質(zhì)量好壞。

電感耦合等離子體(ICP)是一種高效原子發(fā)射光源，從理論上講，它可以用于測(cè)定除氬以外的所有元素。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)具有檢出限較低、準(zhǔn)確度及精密度高、分析速度快和線性范圍寬等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于冶金、醫(yī)藥、礦產(chǎn)、環(huán)境等眾多領(lǐng)域的檢測(cè)中[2-4]。ICP-AES法分析樣品前處理方法可分為無(wú)機(jī)處理法和有機(jī)稀釋法，有機(jī)稀釋法是以有機(jī)溶劑稀釋樣品直接導(dǎo)入ICP光源進(jìn)行測(cè)定[5]。ICP-AES法與其它光譜分析方法一樣存在光譜干擾，常用的干擾校正方法有基體匹配法、內(nèi)標(biāo)法、離峰校正法及元素間干擾系數(shù)校正法。其中，最常用的方法是基體匹配法，它依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線可以準(zhǔn)確定量[6]。

本文采用基體匹配法去除干擾，對(duì)直接進(jìn)樣法測(cè)定水-乙二醇型難燃液壓液中元素的可行性進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GENESIS型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(德國(guó)SPECTRO公司)。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)為：高頻發(fā)生器功率1 450 W，高頻發(fā)生器頻率27.12 MHz，冷卻氣流量15 L/min，輔助氣流量1.5 L/min，霧化氣流量0.8 L/min，垂直觀測(cè)。

Milli-Q型超純水器。

乙二醇(分析純)；水由超純水器制得，電阻率大于18.2 MΩ·cm。

混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(20 mg/L，德國(guó)Bernd Kraft)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

在三個(gè)容量瓶中各加入5 mL乙二醇，然后分別加入(0、0.1、0.65 mL)混合元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，加水定容至10 mL，配制出一系列濃度(0、0.2、1.3 mg/L)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 選擇分析譜線與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

ICP-AES法對(duì)每種元素的測(cè)定都可以同時(shí)選擇多條特征譜線，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，依據(jù)待測(cè)樣品的濃度、背景和分析譜線強(qiáng)度選擇干擾少，發(fā)射強(qiáng)度高的譜線作為分析線。按優(yōu)化的儀器工作條件，將配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次進(jìn)樣，獲得各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1～圖3)及檢出限，各元素的分析譜線、檢出限和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。從圖1～圖3和表1數(shù)據(jù)可以看出，Ca、Mg、Zn三種元素的檢出限都非常低，各元素的相關(guān)系數(shù)均在0.999以上，線性相關(guān)性很好。

表1 各元素的分析譜線、檢出限和相關(guān)系數(shù)

圖1 Ca元素標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve of Ca.

圖2 Mg元素標(biāo)準(zhǔn)曲線 Figure 2 Standard curve of Mg.

圖3 Zn元素標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 3 Standard curve of Zn.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 儀器參數(shù)的選擇

ICP-AES法檢測(cè)中，有機(jī)物直接進(jìn)樣可能會(huì)遇到幾個(gè)問(wèn)題：一是樣品中的有機(jī)物分解時(shí)吸收大量能量，從而影響ICP放電的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致炬焰熄滅；二是有機(jī)物分解時(shí)產(chǎn)生的碳粒可能沉積在炬管中，引起炬管堵塞；三是分子帶發(fā)射(如C2、CN和NH)相應(yīng)增強(qiáng)[6]。解決上述問(wèn)題的主要辦法就是相對(duì)減少有機(jī)物的進(jìn)樣量及改進(jìn)霧化器和炬管結(jié)構(gòu)，從而減少或避免有機(jī)物分解引起的一系列問(wèn)題。

在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)殪F化器及炬管的結(jié)構(gòu)無(wú)法改變，所以通過(guò)采取降低霧化氣流量至0.8 L/min、提高冷卻器流量至15 L/min及降低蠕動(dòng)泵泵速以減少進(jìn)樣量的措施，直接進(jìn)樣檢測(cè)水-乙二醇型難燃液壓液，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)炬焰熄滅和炬管堵塞等現(xiàn)象。因此，只要選擇適當(dāng)?shù)膬x器參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)樣檢測(cè)，省去樣品預(yù)處理的過(guò)程，更加快速并且準(zhǔn)確地檢測(cè)樣品。

2.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度

對(duì)同一樣品平行測(cè)定6次，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，見(jiàn)表2，三種元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在4%以下，說(shuō)明該方法的精密度較好。選一待測(cè)水-乙二醇型難燃液壓液，加入一定量的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各元素的加標(biāo)回收率以確定方法的準(zhǔn)確度。加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，結(jié)果表明，Ca、Mg、Zn三種元素加標(biāo)回收率在97%～105%之間，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確度較好。

表2 各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

采用基體匹配法消除基體背景對(duì)檢測(cè)的影響，對(duì)水-乙二醇型難燃液壓液中的Ca、Mg、Zn元素進(jìn)行測(cè)定，檢出限低，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，線性相關(guān)性較好，消除干擾的效果較為理想。無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，直接進(jìn)樣ICP-AES法檢測(cè)，省掉預(yù)處理所用時(shí)間，消除了因樣品預(yù)處理可能帶來(lái)的誤差，具有既快速又準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，適合大批量的樣品分析。方法的加標(biāo)回收率在97%～105%，準(zhǔn)確度好。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，精密度較高，可以作為水-乙二醇型難燃液壓液中Ca、Mg、Zn元素的檢測(cè)方法。

[1] 鄭慶波,劉東風(fēng).水-乙二醇型難燃液壓液監(jiān)測(cè)問(wèn)題的研究[J].中國(guó)設(shè)備工程(ChinaPlantEngineering),2015(7):54-55.

[2] 阮桂色.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(4):15-18.

[3] 陳立旦.ICP-AES法在汽車(chē)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[J]. 光譜學(xué)與光譜分析(SpectroscopyandSpectralAnalysis),2013(1):210-214.

[4] 楊海嬌,趙永莉,李金寶.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定高效復(fù)合孕育劑中鋁、鈣、鋇[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnaly-ticalChemistry),2015,5(3):77-79.

[5] 喻薇,張文,張潔華.水-乙二醇型難燃液壓液中鉬、鈉、硼元素的ICP測(cè)試方法[J].潤(rùn)滑與密封(LubricationEngineering),2013(11):108-111.

[6] 黃宗平.ICP-AES法測(cè)定潤(rùn)滑油中微量元素的評(píng)述[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器(ModernScientificInstruments),2005(2):61-63.

Determination of Ca, Mg and Zn in Water-glycol Fire-resistant Hydraulic Fluid by ICP-AES

ZHENG Qingbo, LIU Dongfeng*, SHI Xinfa

(QingdaoOilMonitoringCenter,NavalUniversityofEngineering,Qingdao,Shandong266012，China)

A new method for the determination of Ca, Mg and Zn in water-glycol fire resistant hydraulic fluid was established by ICP-AES. The spectral interferences were eliminated by matrix matching method and the sampling volume was reduced, which leading to direct sampling owing to decreasing the atomization gas flow, improving the cooler flow and reducing the peristaltic pump speed. The results showed that the relative standard deviation (RSD) of each determined element was less than 5%, the linear correlation coefficient was over 0.999, and the detection limits were less than 0.15 mg/L with 97%～105% recovery. The method has quick analytical speed, easy operation and reliable analytical results without sample pre-treatment. It is suitable for the determination of the contents of Ca, Mg and Zn in water-glycol fire resistant hydraulic fluid.

ICP-AES; water-glycol fire-resistant hydraulic fluid; matrix matching; direct sampling

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.01.010

2015-08-31

2015-12-10

鄭慶波，男，碩士研究生。E-mail:zhengqingbo@163.com

*通信作者：劉東風(fēng)，高級(jí)工程師，教授。E-mail：zhikongshi@163.com

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)01-0038-03