重質餾分油、渣油及原油中痕量金屬元素的測定

楊曉彥，赫麗娜，安 謐，史得軍，陳 泱，田 暢

（中國石油 石油化工研究院，北京 100195）

重質餾分油、渣油及原油中金屬含量為10-4～10-7mg/kg，這些金屬嚴重影響油品煉制工藝和石油產品質量，因此重質餾分油、渣油及原油中的金屬含量是油品性質的重要指標之一［1］。重質餾分油、渣油及原油中金屬的存在一方面會導致氧化反應加劇，熱穩定性變差，設備受到腐蝕［2-3］，催化劑中毒［4-6］；另一方面，痕量金屬在發動機內經燃燒反應后，會對空氣造成嚴重污染［7-8］。因此，準確測定油品中的金屬含量對于生產加工工藝流程的設計、催化劑的選擇及產品的質量控制非常重要。

用于測定重質餾分油、渣油及原油中金屬含量的測定方法有原子吸收光譜法［9-11］、原子熒光光譜法［12-13］、電感耦合等離子體發射光譜（ICPOES）［14-16］法、分光光度法［17-18］、X 射線衍射法［19］、電感耦合等離子體質譜法［20-21］等。與其他方法相比，ICP-OES易于進行多元素分析、標準曲線線性范圍寬、檢出限低、操作簡便、快速、準確、重復性好，被廣泛應用于重質餾分油、渣油及原油、汽油、柴油等各種油品中金屬含量的分析。目前，一些測定油品中的金屬元素含量的方法或應用范圍較窄，或涵蓋的元素較少，導致部分重質餾分油、渣油及原油在測定過程中無法可循或元素覆蓋不全面［22-23］。

本工作建立了利用ICP-OES測定重質餾分油、渣油及原油中痕量金屬的方法，優化了實驗條件，確定了方法的檢出限和精密度，通過不同的檢測方法對比實驗和加標回收實驗考察了方法的準確性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Optima 8300型電感耦合等離子體發射光譜儀：Perkin Elmer公司；UNE500型烘箱：德國Memmert公司。

鹽酸（36%～38%（w））、硝酸（65%～68%（w））、王水（硝酸與鹽酸體積比1∶3）、硫酸（95%～98%（w））：國藥集團化學試劑有限公司。

標準溶液：鋁、鈣、鐵、鉀、鎂、錳、鉬、鈉、鎳、鉛、釩和鋅濃度分別為1 000 mg/L，市售的標準溶液。鈧內標元素標準溶液：100，10，1 mg/L，可使用市售的標準溶液也可自行配制。

1.2 實驗方法

稱取一定量的試樣到石英杯中，根據試樣量加入硫酸。將裝有試樣的石英杯放在電熱板上加熱燒去有機物，然后移入馬弗爐中燒去積碳。用王水溶解試樣灰分，并加入鈧內標元素標準溶液定容制備試樣溶液。配制5 mg/kg和10 mg/kg的鋁、鈣、鐵、鉀、鎂、錳、鉬、鈉、鎳、鉛、釩、鋅的標準溶液并繪制工作曲線。用ICP-OES進行測定，通過比較試樣溶液和標準溶液中金屬元素發射強度，經內標校正后計算得試樣中各個金屬的含量。如待測金屬含量超出標準工作曲線范圍，則需用1 mg/kg的鈧內標元素標準溶液稀釋至標準工作曲線范圍內再進行測試。

2 結果與討論

2.1 儀器參數的優化

分別對ICP-OES的射頻功率、等離子氣流量、霧化器流量、泵速等儀器參數進行優化，儀器參數的優化結果見表1。推薦使用的元素波長見表2。

表1 儀器工作參數Table 1 Instrument operating parameters

表2 元素波長Table 2 Element wavelength

2.2 方法檢出限

對儀器檢出限和方法檢出限進行測定。分別稱取10個含有全部待測金屬的S-21標油試樣，按操作條件進行試樣的處理及測試。稱樣量為10 g，定容至25 mL容量瓶中。根據檢出限計算公式計算出方法的檢出限，根據儀器檢出限和方法檢出限確定方法的最低檢測濃度，結果見表3。從表3可看出，各金屬元素的最低檢測濃度為0.40 mg/kg。

2.3 方法精密度

依據 GB/T 6683—1997［24］《石油產品試驗方法精密度數據確定法》標準選取12個試樣對方法的精密度進行確定。試樣中金屬含量為0.2～433.00 mg/kg，精密度結果見表4。從表4可看出，本方法與其他的方法相比具有金屬種類多，適用的金屬濃度范圍廣等特點。

2.4 方法的準確度

2.4.1 方法比對實驗

為評估方法測定的準確性，將所建立方法的測定結果與按SH/T 0715—2002［22］《原油和殘渣燃料油中鎳、釩、鐵含量測定法（電感耦合等離子體發射光譜法）》標準測定的結果進行比對。試樣選用大連原油、S-21和委內瑞拉重油三種油，分別對三種油中的鎳、釩、鐵進行測定，并采用T檢驗法對結果進行評估，實驗結果見表5和表6。

表3 檢出限及最低檢測濃度Table 3 Detection limit and minimum detectable concentration

表4 方法的精密度Table 4 The precision of the method

采用T值檢驗的方法對兩種方法測得的結果進行評估，將計算得到的T值（TC）與查表得到的T值（TL）進行比較，若TC小于TL，則說明兩種測定方法得到的結果無顯著性差異。由表5和表6可看出，所建立的方法與SH/T 0715—2002［22］的方法測試的結果基本一致，且TC均小于TL，說明兩種方法間不存在顯著性差異。所建立的方法拓展了油品的種類，將原油和殘渣燃料油中鎳、釩和鐵的測定擴展到了重質餾分油、渣油和原油中12種金屬元素的測定，擴大了鎳、釩和鐵元素的濃度范圍。

表5 對比實驗結果Table 5 Comparisons of the experimental results

表6 差異性評價結果Table 6 Differences of the experimental results

2.4.2 加標回收實驗

采用加標回收法對方法的準確性進行驗證。選用杰諾原油為試樣，將10 mg/kg和100 mg/kg標油分別加到試樣中，根據標油的加入量計算加到試樣中的理論值，測定試樣中各待測結果并計算方法的回收率。結果見表7。

表7 方法的回收率Table 7 Recovery of method

由表7可知，各待測元素的加標回收率均在90%～110%之間，表明方法結果準確可靠。

3 結論

1）建立了電感耦合等離子體發射光譜法測定重質餾分油、渣油及原油中金屬元素測定的方法。

2）所建立方法的最低檢測濃度是0.40 mg/kg，方法所測的金屬種類多，適用濃度范圍廣。

3）各待測元素的加標回收率均在90%～110%之間，方法所測結果準確可靠。

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