Access Agilent 电子期刊（2016 年 1 月）

雪佛龙与安捷伦合作开发在分析速度、成本和安全性方面更具优势的全新多元素原油分析技术。

安捷伦全球行业经理 Wayne Collins

原油中的元素浓度在石油行业的整个供应链都至关重要。金属类型和浓度可用于监测原油在储存容器中的转移，并且是决定每批原油市场价格的影响因素。他们还影响精炼过程中的催化剂效率和成品油质量。此外，金属分析有助于在环境事故中“指纹分析”油类，以识别事故源并监测补救措施的有效性。

实验室已采用多种技术对金属类型和浓度进行分析。现在，安捷伦与雪佛龙 [1] 合作推出了另一种技术 — 微波等离子体原子发射光谱 (MP-AES)，该技术越来越广泛地应用于多种样品的多元素分析。

MP-AES 技术具有更低的运行成本和更高的安全性

Agilent 4200 MP-AES 使用空气中的氮气通过磁耦合微波能量来生成可靠和稳定的等离子体。这样就无需使用昂贵的氩气或乙炔等易燃性气体。更低的运行成本和更高的安全性是所有石油实验室的首要考量因素。利用空气生成等离子体对于实验室位于全球偏远地区（持续的气体供应可能受到限制）的石油公司来说也是一项巨大的优势。

雪佛龙和安捷伦采用 4200 MP-AES 分析了 20 种原油样品，这些样品的 API 比重为 7 至 38°，并具有不同的氮和硫含量。我们的目标是获得快速简便且样品前处理最少的方法。在方法中，采用含有基体改性剂 — 矿物油的邻二甲苯按约为 1:10 的比例对样品进行简单稀释，并使用钪作为内标。元素被限定为 V、Ca、Fe、Ni、K 和 Na，但可能存在其他元素。

更灵敏的校准和更低的检测限

分析结果显示校准更出色且检测限更低。所有元素的校准曲线均在校准范围内显示出良好的线性，相关系数为 0.99988 至 1.0000。将空白溶液进样 10 次，然后将 1 ppm 标准溶液进样 10 次，使用所得数据计算方法检测限 (3σ)。两种方法中，所有元素的方法检测限均相当，介于亚 ppm 范围内。

加标样品测试验证获得了良好的回收率

检测中，对中点校准浓度 (5 ppm) 的校准验证样品连续进样 7 次平行分析。然后向原油样品中加入 885 ppm 混合标准溶液以验证方法在高浓度的回收率。最后，将有证标准样品 NIST 1634c 燃油中的痕量元素进样 7 次，仅分析 V（标准浓度 28.19 ppm）和 Ni（标准浓度 17.54 ppm）。所有三项检测中，回收率均在 ±10% 内。

改善原油样品的检测结果

表 1 显示了使用该方法对 20 种原油样品进行元素测定时所获得的结果。

样品	Fe	SD	V	SD	Ni	SD	Ca	SD	Na	SD
	259.940 nm		311.070 nm		341.476 nm		396.847 nm		588.995 nm
	ppm		ppm		ppm		ppm		ppm
S1	0.46	0.13	13.86	0.03	9.51	0.05	LDL	-	LDL	-
S2	0.48	0.02	132.42	0.39	33.61	0.06	LDL	-	LDL	-
S3	1.98	0.03	2.14	0.02	2.42	0.03	2.04	0.01	0.52	0.13
S4	8.99	0.14	225.88	0.27	59.55	0.12	0.70	0.01	11.13	0.42
S5	0.55	0.04	2.09	0.02	0.81	0.06	0.06	0.00	LDL	0.08
S6	26.02	0.14	115.09	0.10	87.45	0.28	13.97	0.59	15.62	0.15
S7	23.52	0.11	39.12	0.13	68.56	0.13	1.09	0.09	2.35	0.11
S8	0.01	0.04	15.88	0.08	12.79	0.01	LDL	-	LDL	-
S9	0.25	0.03	24.50	0.05	12.40	0.05	LDL	-	LDL	-
S10	9.65	0.57	0.13	0.03	0.87	0.03	5.05	0.33	5.99	0.39
S11	13.38	0.25	6.02	0.04	5.19	0.05	4.99	0.08	18.57	0.61
S12	0.81	0.08	0.79	0.02	1.23	0.04	0.21	0.01	0.74	0.05
S13	1.27	0.06	2.19	0.01	1.60	0.01	0.25	0.01	0.65	0.09
S14	1.21	0.05	59.63	0.29	20.67	0.03	0.87	0.01	4.54	0.06
S15	2.17	0.05	177.45	0.58	35.86	0.22	5.97	0.02	LDL	0.04
S16	11.89	0.23	2.57	0.02	4.56	0.04	4.01	0.02	44.36	1.56
S17	0.24	0.05	24.83	0.09	12.63	0.03	LDL	-	LDL	-
S18	0.07	0.05	18.80	0.10	12.02	0.03	LDL	-	LDL	-
S19	10.47	0.73	71.05	0.57	28.09	0.19	2.43	0.09	8.39	0.58
S20	130.99	1.05	87.48	0.21	68.08	0.18	58.29	0.27	26.59	0.41
*S20b	130.81	0.86	87.08	0.32	68.15	0.06	59.43	0.62	25.89	0.22

*S20 样品重复进样
LDL — 低于检测限

表 1 20 种原油样品中金属杂质的测得浓度 (mg/kg, ppm) [1]

图 1. 比较 ICP-MS 和 ICP-AES 联用系统与 MP-AES 测得的原油样品的结果值

比较样品分析方法

同时使用 ICP-MS 或 ICP-OES 对相同的 20 种原油样品进行分析，比较新方法与这些成熟技术是否相当。图 1 显示这些技术间具有良好的相关性。如需了解更多关于这些分析技术的比较信息，请参见 2015 年 8 月出版的《能源与燃料》 [1]。

安捷伦与雪佛龙：通往成功道路的合作伙伴

雪佛龙与安捷伦证实了 MP-AES 是其他原油元素分析方法的可行替代方案，该方案具有速度快、成本低和安全性高的优势，并简化了样品前处理步骤。监管机构已针对此项工作撰写了 ASTM 标准草案，并将在 D02.03 部门会议上提出该方案。安捷伦拥有多种针对炼厂作业的分析解决方案，所有这些解决方案均由业内领先水平的备件产品系列提供支持。立即访问安捷伦网站，了解更多关于 MP-AES 系统和优惠活动的信息。

参考文献

Nelson, J.; Gilleland, G,; Poirier, L.; Leong, D.; Hajdu, P.; Lopez-Linares, F. Elemental Analysis of Crude Oils Using Microwave Plasma Atomic Emission Spectroscopy. Energy & Fuels, 10 August, 2015. 授权重印。

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