數十年來，化石燃料一直是工業應用和運輸的主要能源。然而，化石 燃料儲量的耗竭、環境污染和經濟問題促使人們開發可再生、更廉價 且更清潔的可替代燃料。生物乙醇是其中一種可替代燃料，由植物副 產物中的糖和淀粉組分發酵得到。

不同純度的生物乙醇均可用作燃料源。水合乙醇燃料未經處理除去 水分，其中含有 93%–96% 的乙醇。它通常用于彈性（彈性燃料）或 雙燃料發動機中。無水乙醇經過處理除去水分，具有至少 99% 的純 度。它能夠以高 25% v/v 的比例與汽油混合。

高純度燃料在生產、儲存和運輸過程中可能被元素雜質污染，因此準 確定量分析其中的金屬含量非常重要。根據 ASTM D4806 規范[1] 和巴 西國家石油、天然氣和生物燃料管理局 (ANP) 第 19/2015 號決議

必須對乙醇中存在的 Cu、Fe、Na 和 S 的濃度進 行控制。ASTM 和 ANP 規定的 Cu 濃度限值分別為 0.1 mg/kg 和 0.07 mg/kg，且 Fe 濃度限值為 5 mg/kg (ANP)，Na 濃度限值為 2 mg/kg (ANP)，S 濃度限值 為 30 mg/kg (ASTM)。

本研究根據 ASTM D4806 和 ANP 第 19/2015 號 決議方法，對 Agilent 5100 同步垂直雙向觀測 (SVDV) ICP-OES 測定乙醇燃料樣品中 Cu、Fe、 Na 和 S 的準確度、精密度和長期穩定性進行了 評估。

實驗部分

采用具備智能光譜組合 (DSC) 功能的 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 進行所有測量。5100 SVDV 采用 DSC，有利于在單次讀數中在整個波長范圍內同時 測量來自等離子體的水平和垂直觀測發射光，從而 擴展線性工作范圍，改善樣品通量，并確保每個 樣品消耗的氬氣量低于傳統的同步 DV ICP-OES 系 統。5100 ICP-OES 使用垂直取向的炬管以及在 27 MHz 下運行的固態射頻 (SSRF) 系統提供等離子 體，具有有機樣品分析所需的穩定性和可靠性。該 系統在 SVDV 或水平觀測模式下運行的數據采集時 間相同。

5100 ICP-OES 配備標準樣品引入系統，其中包括 玻璃同心霧化器和玻璃單通道旋流霧化室。盡管該 配置常用于分析水溶液，但它也適用于分析稀釋的 有機樣品。采用標準雙向觀測炬管（1.8 mm 內徑 中心管）。對于樣品和廢液，分別采用黑色/黑色 Solva Flex 管線和灰色/灰色 Solva Flex 管線。

5100 SVDV ICP-OES 配備三通氣體控制模塊，可 使 Ar/O2 混合氣體自動通過輔助氣體管線。在有機 樣品分析過程中，有時需要向等離子體中加入氧氣來消除炬管中積聚的碳。本研究中不添加氧氣，且 未觀察到碳沉積。儀器操作條件列于表 1 中。

標樣和樣品前處理 含 0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0 和 10.0 mg/L Cu，0、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、 20.0 和 40.0 mg/L Fe 和 Na，以及 0、1.0、5.0、 10.0、20.0、50.0、75.0 和 100.0 mg/L S 的多元 素校準標樣用以 1% v/v HNO3 稀釋的 10% v/v 乙醇 配制。僅用 1% v/v HNO3 稀釋 10 倍來配制水合乙 醇燃料樣品。

為根據 ASTM 和 ANP 方法的規定檢驗準確度和精 密度，將目標濃度的一半和目標濃度的金屬元素加 入乙醇燃料樣品中。加標濃度為：Cu 0.03 mg/kg 和 0.07 mg/kg，Fe 2.5 mg/kg 和 5.0 mg/kg，Na 1.0 mg/kg 和 2.0 mg/kg，S 15 mg/kg 和 30 mg/kg。 使用含 0.5 mg/L Cu、5 mg/L Fe 和 20 mg/L S 的 10% v/v 乙醇溶液對長期穩定性 (150 min) 進行 評估。

 

結果與討論:

通過使用 5100 系統在 SVDV 模式下對 10% v/v 乙 醇空白溶液重復測量十次所得到的背景等效濃度 (BEC) 和信號背景比 (SBR)，來計算方法檢測限 (MDL)。Cu、Fe、Na 和 S 的線性校準范圍、靈敏 度（校準曲線的斜率）和 MDL 如表 2 所示。對于 所有發射譜線，MDL（考慮到稀釋 10 倍）均低于 ASTM D4806 和 ANP 第 19/2015 號決議中規定的 限值。

 

校準線性 Na 和 S（圖 1）的校準曲線在校準范圍內表現出優 異的線性，相關系數分別為 1.00000 和 0.99997。

長期穩定性

通過在 150 分鐘內分析含 0.5 mg/L Cu、5 mg/L Fe 和 20 mg/L S 的溶液，對 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 的長期穩定性進行評估，整個分析序列中 的回收率均處于 ±10% 以內。本研究中未觀察到等 離子體穩定性的變化。

 

對于所有分析物，在 SVDV 模式下得到的加標回收 率均在 88%–108% 的范圍內，且精密度（相對標準 偏差）優于 3.3% (n = 3)（表 3）。在水平觀測模式下 獲得了類似的結果（未示出）?；厥章式Y果表明， 5100 SVDV ICP-OES 能夠在所需濃度下準確測定乙 醇燃料樣品中的 Cu、Fe、Na 和 S。

在稀釋樣品中僅檢出 S (0.37–1.65 mg/kg) 和 Na (0.11–0.17 mg/kg)。

 

結論

方法檢測限表明 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 滿足 分析水合乙醇燃料（經 HNO3 稀釋 10 倍后）中的 Cu、Fe、Na 和 S 的行業要求，符合 ASTM D4806 和 ANP 第 19 號決議的規定。加標回收率結果處于 預期限值內，表明具有優異的準確度。精密度優于 3.3% RSD，且 2.5 小時分析過程中得到的穩定性處 于預期值 ±10% 以內。

在同步垂直雙向觀測 (SVDV) 模式下運行的 5100 系 統將垂直取向炬管的穩定性與水平觀測 ICP-OES 的 靈敏度相結合。先進的 DSC 技術能夠在一次讀數過程中同時獲得水平和垂直等離子體觀測數據，從而 實現快速的同步數據采集，并確保每個樣品消耗的 氬氣量低于或不超過單向觀測 ICP-OES。