張 爽
大慶煉化公司質量檢驗與環保監測中心潤滑油檢驗站, 黑龍江 大慶 163711
原子吸收光譜法是基于光源發出的被測元素特征輻射通過元素的原子蒸氣時被其基態原子吸收,由輻射的減弱程度測定元素含量的一種現代儀器分析方法,具有檢出限低、選擇性好、精密度高、抗干擾能力強、分析速度快、應用范圍廣、試樣用量小等優點[1]。
食用油的質量安全與我們的身體健康密切相關,其在原料種植、加工生產、運輸與貯存過程可能會引入錳元素等重金屬。重金屬容易在人體中積累,不易排出體外,長期積累會造成慢性中毒。其中錳的限量約為0.05 mg·kg-1。王琳琳等[2,3]利用ICP-MS法分析食用油中的錳等元素,實現了樣品無需消解、直接進樣,有效的提高了檢測效率。汽油的錳絕大部分仍滯留在催化器、發動機和排氣系統內,只有極少部分能排出。不僅因重金屬積累引起火花塞失靈、排氣門壽命縮短等問題而且還會引起環境污染。楊勇[5]研究了汽油中錳元素的影響因素,確定了最優條件。利用錳元素示蹤研究石油運移,具備原位微區分析的特點,所以在示蹤研究復雜原油運移時,具有獨特優勢。曹劍等[4]研究了利用錳元素示蹤準噶爾盆地原油,對原油勘探、開發具有深遠的意義。通過以上說明,錳元素在油品中的作用意義深遠,但是目前大部分沒有系統的研究。
本文通過用原子吸收法測定食用油、汽油、石油中的錳,測定的影響因素,最佳的測定條件,校準曲線,對錳元素在油品中的測定進行了系統研究,具有深遠意義。
1.1 實驗儀器:原子吸收分光光度計:日本島津公司生產的AA-6300C型原子吸收分光光度計。錳空心陰極燈:額定工作電流10 mA。
1.2 實驗方法:汽油中錳含量的測定按照SH/T0711-2002《汽油中錳含量測定法(原子吸收光譜法)》。食用油錳含量的測定按照GB2716-2005《食用植物油衛生標準》[6,7],原油中錳元素測定按照SH/T0711-2002《原油中錳含量測定法(原子吸收光譜法)》。
1.3 標準曲線
在四個50 mL容量瓶中分別加入30 mL甲基異丁基酮(MIBK)和5.0 mL的樣品油。向每個容量瓶中分別加入5.0 mL錳標準溶液A、B、C。另一個作為樣品空白。用0.5 mL移液管向四個容量瓶中分別加入0.1 mL碘-苯溶液或者溴-四氯化碳溶液,搖勻。反應大約1分鐘。用甲基異丁基酮(MIBK)稀釋至刻度。即錳標準曲線溶液的濃度分別為0 mg/mL、1.33 mg/mL、2.66、3.99 mg/mL。
在裝有30 mL甲基異丁基酮(MIBK)的50 mL容量瓶中,用移液管加入5.0 mL的食用油、原油、汽油。用0.5 mL移液管向四個容量瓶中分別加入0.1 mL四氯化碳溶液,搖勻。反應大約1分鐘。在279.5 nm波長,在原子吸收分光光度計上依次噴入標準工作曲線溶液和食用油、原油、汽油樣品溶液,記錄吸光光度值。
2.2.1 樣品預處理的影響
因油的黏性比較大,容易造成樣品進樣困難,進而影響測定效果。為保證進樣時樣品的順利提升與霧化,根據相似相溶原理,依據油類物質,最常見的溶劑有航空煤油、苯或甲苯等。
2.2.2 燈電流的影響
空心陰極燈的發射特征依據于燈電流:如果燈電流小,燈發射出的譜線的多普勒變寬和自吸收效應就會減小,元素的燈發射線半寬變窄,吸收靈敏度就會增高。在常用分析工作中,選用電流的范圍在20%-60%之間比較合適。通常是通過測定吸光度隨工作電流的變化曲線來選擇適宜的燈電流。選取食用油、汽油、原油,在燃助比分別為1.5 : 15、1.8 : 15 和2.1 : 15 的條件下,變化燈電流,分別測定食用油、汽油、原油樣品中的錳含量。

圖1 三種樣品燈電流與吸光度的關系
由圖1可見,在燃燒器高度和燃助比固定不變的條件下,隨著燈電流的升高,食用油、汽油、原油樣品的吸光度逐漸升高,表明試驗的靈敏度逐漸升高,所得到的數據的準確度也隨著升高。并且原油的吸光度最高達到0.45。

圖2 三種樣品燈電流與錳含量的關系
由圖2可見,食用油、汽油、原油的錳含量變化隨著燈電流的升高會有所變化,在燈電流由9 mA變為10 mA的過程中,食用油、汽油、原油這3種油樣品錳含量的測定結果均符合重復性的要求范圍。因此,燈電流對食用油、汽油、原油樣品的錳含量測定結果影響比較小。
2.2.3 燈高度的影響
火焰不同位置具有不同的溫度和不同的氧化性,因此不同區域的錳元素干擾成分濃度和自由原子密度也會不同。為了獲得更高的靈敏度,避免干擾,應選擇最佳觀測高度,即讓光束通過火焰中原子密度最大的區域。設定不同燃燒器的高度,分別測定食用油、汽油、原油的錳含量。

表1 不同燈高時的測量讀數
在確定預處理的溶液為四氯化碳時,本實驗的最佳工作條件為: 燃助比1.8 :15~2.1 : 15;燈電流10 mA;燃燒器高度8 mm或者9 mm。另外,由于原子吸收光譜法是一種在高溫條件下的動態測量過程,不宜應用固定的標準曲線,需要在相同的條件下制定標準曲線以及測定樣品。
按原子吸收光譜儀器工作條件對食用油、汽油、原油中錳元素的標準溶液進行測定,所得各元素校準曲線的線性范圍、線性回歸方程及相關系數見表2。

表2 線性回歸方程和相關系數
對食用油、汽油、原油實際樣品進行測定,同時進行加標回收實驗的研究,結果見表3。相對標準偏差為0.66、0.40、0.69,小于5%,符合實際要求。

表3 測定的精密度和回收率
通過以上實驗, 利用原子吸收光譜法可對食用油、汽油、原油中錳進行快速、準確的測定,在實驗中解決了測定因素對錳測定的干擾問題,建立了可行和準確的分析方法。并且得到了最佳測定條件和校準曲線,減少了操作中的復雜性,降低了檢測成本,提高了操作效率。
[1]鄧勃. 應用原子吸收與原子熒光光譜分析[M]北京:化學工業出版社,2003:3.
[2]王琳琳,林立,陳玉紅. ICP-MS法直接進樣分析食用油中的鉛、砷、錳、鎘、鉻、銅等元素[J]. 環境化學,2011,30(2):571-573.
[3]GB2716-2005 食用植物油衛生標準[S].
[4]曹劍,胡文碹,姚素平等. 準噶爾盆地儲層中的錳元素及其原油運移示蹤作用[J]. 石油學報,2009,30(5):705-710.
[5]楊勇. 原子吸收光譜法測定車用汽油中錳含量影響因素考察[J]. 測試與評定,2010,6(83):22-26.
[6]周養群. 中國油品及石油精細化學品手冊.北京:化學工業出版社,2000.
[7]GB/ T 2231 46-1989 鋼鐵及合金化學分析方法:火焰原子吸收分光光度法測定銅量[S].