微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定潤滑脂中11種微量元素的含量

鄭金鳳，呂濤，連露，夏攀登，鄒惠玲

(山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250100)

潤滑脂具有良好的潤滑和密封作用，同時還可以防銹、減振、散熱和降低噪音等，在自動化系統(tǒng)領(lǐng)域，如齒輪箱、軸箱等部件的作用變得越來越重要[1]，尤其在高靈敏度、高分辨率儀器方面的發(fā)展優(yōu)勢最為明顯。潤滑脂產(chǎn)品中的元素Na、Ga、Mg、Ba和Zn含量是表示潤滑脂的質(zhì)量和使用性能的重要指標(biāo)，而其中磨損和污染元素Al、Sb、Fe、Mo、Si和Li的含量是監(jiān)控潤滑脂的使用性能和預(yù)測各種潤滑機(jī)械故障的重要參數(shù)[2-4]。目前，潤滑脂產(chǎn)品微量金屬元素的測定前處理有干灰化法和濕法消解法兩種，前者是在馬弗爐中直接灰化，后者則是將產(chǎn)品放在濃硫酸等強(qiáng)氧化性試劑中，并在高溫爐上加熱消解，二者均繁瑣、易造成元素的損失[5]；儀器分析測試方面，測定微量元素含量的方法有紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、火焰原子發(fā)射光譜法和原子熒光光譜法等，然而多數(shù)方法周期長、步驟多、引入誤差概率大[6-7]。本工作利用微波消解的方法實(shí)現(xiàn)了潤滑脂產(chǎn)品的前處理，時間短，效率高，通過微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜對其進(jìn)行測定，靈敏度高，準(zhǔn)確性好。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑及儀器

雙氧水，優(yōu)級純，上海沃凱生物技術(shù)有限公司；濃硝酸， 優(yōu)級純，昆山金城試劑有限公司；金屬元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L) ，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；高純氬氣，濟(jì)南德洋特種氣體有限公司；去離子水，自制。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-AES)，美國珀金埃爾默(PerkinElmer)有限公司；微波消解儀(配有聚四氟乙烯高壓消解罐)，培安有限公司；趕酸儀，北京東航科儀儀器有限公司。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液

吸取5 mL金屬元素混標(biāo)溶液(1 000 mg/L)于100 mL塑料容量瓶中，用稀硝酸溶液稀釋至刻度定容后得到50.0 mg/L混標(biāo)溶液，逐級稀釋成系列質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：0，0.05，0.1，0.2，0.5 mg/L和1.0 mg/L。

1.3 儀器工作條件

微波消解儀工作條件見表1。

表1 微波消解工作條件

ICP-AES儀器操作條件為：功率1.4 kW，等離子體流量15.0 L/min，輔助氣流量1.5 L/min，霧化氣流量0.7 L/min，觀測高度8.0 mm，清洗時間30.0 s，積分時間5.0 s。

由于試樣有機(jī)物含量高，與強(qiáng)酸反應(yīng)劇烈，所以取樣量控制在0.1～0.3 g，以免消解過程中壓力提升過快而爆管。

1.4 試樣前處理

取潤滑脂試樣約0.2 g(精確至0.000 1 g)，置于消解罐中，加入8 mL濃HNO3，2 mL 30%H2O2，輕微搖晃浸潤試樣，注意盡量不要使試樣附著于罐壁上，蓋好安全閥。然后將消解罐置于微波消解儀中[1]，按照優(yōu)化條件對試樣進(jìn)行消解。消解完全后，將消解罐取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量去離子水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐置于趕酸儀中于100 ℃加熱，剩余溶液約2～3 mL時，取出冷卻后，用去離子水將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用水少量多次洗滌消解罐，洗液合并于容量瓶中定容至刻度，混勻，過膜后待測。

1.5 試樣測定

1)按照操作規(guī)程打開電感耦合等離子體光譜儀，設(shè)定儀器操作條件，穩(wěn)定0.5 h后，將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液按濃度由低到高依次導(dǎo)入電感耦合等離子體光譜儀進(jìn)行檢測，以濃度值為橫坐標(biāo)，信號強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，分別繪制各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算回歸方程。

2)將空白溶液和潤滑脂產(chǎn)品消解溶液分別導(dǎo)入電感耦合等離子體光譜儀，計(jì)算潤滑脂產(chǎn)品中各元素的質(zhì)量濃度。若待測元素濃度超出標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍，應(yīng)用硝酸溶液稀釋后再進(jìn)樣分析。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試樣中各元素含量(w)按下式計(jì)算：

式中：ρ1為試樣測定液中各待測元素質(zhì)量濃度，μg/L；ρ0為空白試驗(yàn)液中各待測元素質(zhì)量濃度，μg/L；V1為試樣消解液定容體積，mL；f為試樣消解液稀釋倍數(shù)；m為試樣質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 波長的選擇

選取0.5 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測試，以低檢測限、高信噪比和高精密度為基準(zhǔn)，選取的各元素測定波長，如表2所示。

表2 元素推薦分析譜線

2.2 前處理方法確認(rèn)

實(shí)驗(yàn)分別采用干灰化法、濕法消解法和微波消解法對9種微量金屬元素的潤滑脂試樣進(jìn)行前處理，同時對其進(jìn)行測定，如表3所示。

表3 前處理方法比較

從表3可以看出，采用微波消解法得到的各元素含量要優(yōu)于干灰化法和濕法消解法，而采用干灰化法得到的各元素含量最低，這是因?yàn)榛一^程中損失了待測元素，并且干灰化法耗時時間較長以及步驟繁瑣；采用濕法消解法得到的Sb、Ga、Zn等元素含量高于其余2種方法，但Al、Ba、Fe、Li、Mg、Mo、Si、Na等元素含量較低，濕法消解法是在樣品中加入酸或堿溶液放置在加熱板上進(jìn)行趕酸處理，整個過程較為復(fù)雜，很可能因受到污染而影響環(huán)境，且整個檢測耗時較長，無法應(yīng)用在大批量樣品的檢測工作中。綜合分析，微波消解法同干灰化法以及濕法消解法相比，處理過程簡便，測定結(jié)果準(zhǔn)確度高，更適合作為ICP-AES測定潤滑油中微量元素的前處理方法。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在ICP-AES的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定不同濃度下各元素的吸收峰強(qiáng)度，根據(jù)吸收峰強(qiáng)度與濃度的關(guān)系繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用吸收峰強(qiáng)度外標(biāo)法定量檢測。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸收峰強(qiáng)度為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，各微量元素的相關(guān)系數(shù)>0.999 2，各微量元素的儀器檢出限為0.21～1.09 μg/kg，如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)和檢出限

2.4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

采用復(fù)合基潤滑脂產(chǎn)品加標(biāo)回收測定，加標(biāo)質(zhì)量濃度為0.10 mg/L。按上述優(yōu)化的條件進(jìn)行測定，每個質(zhì)量濃度測定7次，計(jì)算回收率及精密度，結(jié)果如表5所示。

表5 各元素回收率及精密度測定結(jié)果

從表5可以看出，復(fù)合基潤滑脂產(chǎn)品中所測元素回收率為96.28%～103.05%，精密度為1.34%～2.22%，可證實(shí)該方法檢測結(jié)果具有良好的回收率和精密度，符合檢測技術(shù)要求。

2.5 實(shí)際試樣的分析

應(yīng)用建立的方法，選取3類具有代表性的潤滑脂試樣，分別對產(chǎn)品中11種微量金屬元素進(jìn)行檢測，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，潤滑脂中Li、Si和Ga等元素含量較高，檢測結(jié)果平行性較好，可適用于潤滑脂中Al、Sb、Ba、Ga、Fe、Li、Mg、Mo、Si、Na和Zn等11種微量金屬元素的檢測。

表6 潤滑脂中11種微量元素的檢測結(jié)果 mg/kg

3 結(jié) 論

采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定潤滑脂中Al、Sb、Ba、Ga、Fe、Li、Mg、Mo、Si、Na和Zn等11種微量元素，前處理方法簡捷高效、抗干擾能力強(qiáng)，方法加標(biāo)回收率在96.28%～103.05%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.34%～2.22%，該法的準(zhǔn)確性好、精確度高，能夠滿足潤滑脂中11種微量元素的測定要求。