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제조사 Teledyne Leeman Labs
제품명 ICP-OES
제목 ICP-OES를 이용한 원유 분석
내용


 

Teledyne Leeman Labs사의 ICP-OES Prodigy Plus를 이용한 원유 분석

(ASTM Procedures D5708/D1548)

 

 

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Introduction

 

ICP-OES는 수용성 시료와 유기시료 모두에서 원소 종류와 농도를 확인할 수 있기 때문에, 1970년대부터 석유/석유화학 분석 연구에 핵심 기술로 사용하고 있습니다. 또한 ICP는 많은 유기 용제와 호환되기 때문에 간단한 희석만으로 광번위한 시료 유형을 준비할 수 있습니다.

 

이 응용자료는 Teledyne Leeman Labs의 ICP-OES Prodigy Plus가 ASTM 규격에 준하는 성능을 지님을 입증하는 자료입니다. (D1548-Test Method for Vanadium in Heavy Fuel Oils / D5708-Determination of Nickel, Vanadium, and Iron in Crude Oils) V의 경우에 연소 중 부식성 화합물을 형성할 수 있고, 미량의 Fe와 Ni는 공정에서 사용되는 촉매를 비활성화 시킬 수 있스빈다. 때문에 이러한 원소는 정제 산업에서 많은 관심의 대상이됩니다.

 

 

 

 

Instrumentation

 

Radial-view 토치와 Teledyne CETAC ASX-560 오토샘플러 (240 position, Omaha, NE)가 장착된 Prodigy Plus Inductively Coupled Plasma (ICP) 분광계를 사용하여 이 응용자료의 데이터를 분석하였습니다.2.PNG

좌) Prodigy Plus ICP-OES    우) Teledyne CETAC ASX-560 Autosampler

 

 

 

Prodigy Plus는 Mega pixel의 대형 포맷 CMOS(L-CMOS) 검출기와 80mm 초점거리 Echelle 광학 시스템을 결합시키킨 탁상형 동시 ICP-OES 시스템입니다. L-CMOS의 활성 영역은 28X28mm로, 현재 ICP-OES에서 사용되고 있는 다른 고체 검출기보다 훨씬 큽니다. 이 조합을 통해 Prodigy Plus는 다른 고체 검출기 기반 ICP 시스템보다 높은 광학 해상도를 얻을 수 있습니다. 또한 검출기는 165nm에서 1100nm 사이의 연속적인 파장 범위를 제공하여 파장 범위나 분해능의 저하없이 한 번에 전체 ICP 스펙트럼을 측정할 수 있습니다. 이 검출기 설계는 본질적으로 Anti-blooming 기술이며 Random Access, 비파괴 판독이 가능한 6자리 이상의 다이나믹 레인지를 제공합니다. Prodigy Plus는 40.68MHz의 강력한 Free-running RF 발생기를 사용하여 일반적인 유기 용제 뿐만 아니라 가장 어려운 시료 매트릭스도 처리 할 수 있습니다.

 

 

 

 

Sample Introduction

 

고감도 시료 도입 시스템은 안정적이고 충분한 방출 신호를 분광계로 전달시킵니다.

시료 도입 시스템은 다음과 같이 구성됩니다.

 

- Cyclonic spray chamber no knockout tube

- Conikal™ Concentric nebulizer

- Four-channel peristaltic pump

 

Cyclonic spray chamber의 부피는 작아 시료 사이의 신속한 세척을 가능하게 하며, Knockout tube는 플라즈마 토치에 도달하는 시료 에어로졸의 양을 효과적으로 줄여줍니다. Ryton™ v-groove nebulizer는 민감하고 불활성이며 별도의 조정이 필요하지 않습니다. 또한 거의 막히지 않는 부위입니다.

 

Prodigy Plus의 토치는 그림4와 같이 혁신적인 Twst-n-lock 시스템을 사용하여 장착됩니다. 이러한 설계로 사용자는 토치를 제거/교체할 때, 정확한 위치에 장착하여 동일한 재현성을 유지하고 간단한 교육만으로 장비의 유지보수가 가능합니다. 또한 Twist-n-lock 설계는 냉각수와 보조 가스 흐름을 자동으로 연결하여 잠재적 오류를 제거합니다.

 

1.PNG

그림 4. Radial 방향 Twist-n-lock 시료 도입 시스템

 

 

 

 

Method

 

모든 시료는 Radial 분석 Viewing zone에서 분석하였습니다. 이 연구에 사용된 Prodigy Plus 작동 파라미터는 표 1에 기재하였습니다.

 

표1. Instrument Operating Conditions

Parameter

Value

Part Number

RF Power

1.3 kW

 

Coolant Flow

16.0 LPM

 

Auxiliary Flow

1.2 LPM

 

Nebulizer Pressure

21 PSI

 

Pump Rate

25 RPM

 

Torch

Quartz Demountable

318-00167-1

Injector

1.1 mm Bore

318-00161-ORG2

Integration Time

30 sec

 


 

 

 

Sample Preparation

 

시료 희석은 무게비로 수행하였습니다. 오일의 경우에는 점도에 의해 야기되는 잠재적 분무 효과를 지녀 이를 배제하기 위해 시료의 5ppm의 코발트(Co)를 함유한 고순도 등유(내부 표준 물질)로 희석하였습니다. 표2에 따라 두 세트의 시료를 희석하였습니다. 첫 번째 시료는 표준물 첨가 없이 분석되었으며 두 번째 시료는 다중 원소 표준물을 이용하여 해당 원소를 2ppm 첨가하였습니다. Method의 정확도를 확인하기 위하여 첨가된 모든 시료의 회수율을 계산했습니다.

 

표2. Sample Preaparation

Preparation

Sample

Dilution

Internal Standard

Spike

Set #1

Crude Oil

1:100

5 ppm Co

None

Set #2

Crude Oil

1:100

5 ppm Co

2 ppm


 

 

 

Calibration

 

일반적인 희석은 무게비로 수행하였습니다. 모든 성분에 대한 Calibration 표준물은 100ppm VHG V23 표준품 (VHG Labs, Manchester, NH)을 사용하였으며 서로 다른 오일 점도에 의한 잠재적 분무 효과를 배제하기 위해 내부 표준으로 5ppm의 코발트(Co)를 함유한 고순도 등유로 희석하였습니다. 표준품의 오일 농도는 10%이며 표준 농도는 0, 1.0, 2.5, 5.0 및 10.0ppm입니다.

 

 

2.png


 그림 5. 일반적인 Calibration Curve

 

 

 

 

 

Results

 

Detection Limits

 

측정 할 원소에 대한 Radial View에서 기기의 검출 한계 (IDL)를 확인하는 분석이 수행되었습니다. 검출 한계는 교정 블랭크의 10회 반복 측정의 표준 편차의 3배에 기초하여 계산되었습니다. 모든 측정 물질에 대한 바탕값 보정이 피크 측정과 동시에 수행되어 정밀도와 검출 한계가 향상되었습니다. 검출 한계 분석 결과는 시료 희석에 대해 보정되었으며, 표3에 나와있습니다.

 

표3. Instrument Detection Limit Results

Element

Wavelength (nm)

DL (mg/g)

Fe

259.94

0.015

Ni

221.648

0.050

V

309.311

0.010


 

Sample

 

플라즈마를 점화하고 Prodigy Plus가 예열 될 때까지 15분을 기다린 후, 장비는 Calibration 공시험액과 표준물을 사용하여 Calibration하였습니다. Calibration 후 품질관리(QC)에서 사용되는 표준 방법으로 시료를 분석했습니다. 원유 시료의 결과는 표4에 기재하였습니다. 시료 분석 결관느 백만분의 일(mg/g) 단위로 표시하였습니다. 결관느 스파이크된 2ppm의 측정된 회수율과 스파이크 농도에 대한 %RSD 값에 대해서 나타냈습니다. 측정된 농도가 표3에 표시된 IDL 또는 그 이하인 경우가 원소는 "ND"로 기록되었습니다.

 

표4. Crude Oil Results

Element

Measured Conc. (mg/g)

Spike Recovery

%RSD

Fe

1.00

100.7

0.1

Ni

9.74

101.4

0.3

V

18.8

101.4

0.3




 

Conclusion

 

Teledyne Leeman Labs의 High Dispersion ICP Prodigy Plus를 이용한 원유 시료 분석은 성공적이었습니다. 이 응용자료에 제시된 스파이크 회수율 결과는 모든 분석 물질이 스파이크 농도의 ±10% 이내에서 측정되었습니다. 이러한 결과는 %RSD값과 마찬가지로 Prodigy Plus를 사용하여 유사한 매트릭스 내 다른 원소 여시 정확하고 신뢰할 수 있는 분석이 가능함을 보여줍니다. 코발트 내부 표준의 사용은 시료 분무 효과와 관련된 편차를 최소화하고 향상된 정밀도 값을 가져왔습니다. 피크와 바탕값 데이터의 동시 수집과 안정화된 플라즈마는 매우 정확하고 안정적인 이미지를 제공하였습니다.

 

ICP-OES Prodigy Plus는 고감도 시료 도입 시스템, 안정적이고 Free-running의 40MHz 발생기를 통해 제공되는 높은 정밀도, 정확성 및 다양성으로 원유 시료의 원소를 측정하는데 적합합니다. 여기에 신뢰할 수 있는 오토샘플러를 추가하여 무인 작동의 유연성과 신뢰성을 추가하였습니다. 

 

 

 

 

[관련 문의]                                        

영인에스티 분광분석팀 전지나 대리 (031-8033-0699)


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