電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP—OES）在發動機油元素分析中的應用

王踐　印鳳娟　夏旭娟

摘要：電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-OES）測定發動機油中的Ca、Zn、P、Mo元素，對影響測定的各種因素進行了較為詳盡的研究，確定了儀器的最佳工作參數，選擇了合適的分析譜線，各元素在質量分數0%～0.5%范圍內有良好的線性關系，相關系數均在0.999以上，相對標準偏差小于3%。

關鍵詞：電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-OES）；發動機油；鈣等元素含量

中圖分類號：TE622.13

文獻標識碼：A

文章編號：1002-3119（2015）02-0045-05

0 引言

發動機潤滑油，被譽為汽車的“血液”，能對發動機起到潤滑、清潔、冷卻、密封、減摩、防銹、防蝕等作用，發動機油由基礎油和添加劑兩部分組成，添加劑是汽車發動機潤滑油的精髓，正確選用合理加入，可改善其物理化學性質，對添加劑精心選擇，仔細平衡，進行合理調配，是保證潤滑油質量和性能的關鍵。汽車發動機潤滑油添加劑含有清凈劑、分散劑、抗氧抗腐劑、極壓抗磨劑、油性劑、摩擦改進劑、黏度指數改進劑、防銹劑、降凝劑、抗泡劑、抗乳化劑等。從添加劑的性質可以分析出汽車發動機油中主要的元素有鈣（Ca）、鎂（Mg）、鋅（Zn）、磷（P）、硼（B）等，這些元素含量通常是汽車發動機油的質量和使用性能的重要指標之一。原子發射光譜ICP-OES方法具有多元素同時測定、線性范圍寬、靈敏度高、基體效應小、精密度好、快速準確等特點，檢測發動機油的元素分析有助于指導工藝改進和提高質量。目前油品元素分析樣品前處理方法有：灰化法、濕法消解法、萃取法、高壓容彈法、微波消解法和有機物直接進樣法。本文試驗采用用溶劑稀釋加入內標的有機物直接進樣的電感耦合等離子方法來分析測試發動機油的元素。

有機進樣法是用適當的有機溶劑混合二甲笨、鄰二甲苯、煤油、石油溶劑、溶劑油、四氫萘、十氫萘或甲基異丁基酮（MIBK）等稀釋樣品直接導入ICP光源，對照與基體相匹配的有機元素標準油如Conostan S-21混標或單標進行光譜分析，其特點是前處理簡單、快捷，結合ICP-OES測定檢出限可達0.4～300ng/g。

1 實驗部分

1.1儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發射光譜儀：PerkinEi-mer公司的Optima 2100DV型，美國。

分析天平：萬分之一。

ICP有機標樣：CONOSTAN公司的S-21混合標樣（500μg/g）、單標Ca（5000μg/g）、元素空白油（75cst），美國。

溶劑：航煤（D80），道達爾公司。

氣體：高純氬氣（99.999%）、高純氧氣（99.999%），靖江驥弘工業氣體有限公司。

1.2內標、標樣、空白、樣品的配制

1.2.1Co內標的配制

準確稱取適量的標準樣品鈷單標（5000μg/g），精確至0.0001，用溶劑航煤或D80稀釋至濃度為5～10μg/g范圍內的溶液，貯存于容積適當的干凈塑料瓶中，并搖晃均勻。

1.2.2標準溶液的配制

分別準確稱取適量的S-21混合標樣（500μg/g）和單元素鈣標樣（5000μg/g），精確至0.0001，用75cst元素空白油稀釋相應的倍數，配制成濃度分別為50μg/g、100μg/g、200μg/g、500μg/g，貯存于容積適當的塑料瓶中，并搖晃均勻，再用含有鈷內標（5～10μg/g）的航煤稀釋相同的倍數（10～20倍）。配制依據：配制的不同濃度標準油系列使被測樣品中各種元素濃度落在標準工作曲線的線性范圍內。

1.2.3空白溶液

準確稱取75cst元素空白油，精確至0.0001，再用含有鈷內標（5～10μg/g）的航煤稀釋同標準溶液相同的倍數（10～20倍），貯存于容積適當的塑料瓶中，并搖晃均勻。

1.2.4試驗樣品的配制

選擇江蘇東方能源有限公司的產品汽油機油SN0W-40及所用的復合添加劑和柴油機油CH-420W-50及所用的復合添加劑，準確稱取各個樣品，精確至0.0001，用75cst元素空白油稀釋至相應的倍數，再用含有鈷內標（5～10μg/g）的航煤稀釋同標準溶液相同的倍數（10～20倍），貯存于容積適當的塑料瓶中，并搖晃均勻。

1.3建立實驗方法

在進行有機進樣分析時常出現的如下兩個問題潤滑油黏度都比較大，必須用低黏度的有機溶劑進行稀釋，通過霧化器在霧化室霧化，以氣溶膠形式導入等離子體放電：

（1）有機物分解時會吸收較大能量，從而改變等離子體組成，影響等離子體的放電穩定性，甚至會使等離子體炬焰熄滅；因此在設置儀器參數時選擇了較高的入射功率，只有將功率提高到1.4～1.5kW才能獲得比較穩定的光譜信號；儀器參數見表1。

（2）有機物分解時產生的炭粒可能沉積在等離子體矩管的內管和中管的末端，使炬管局部和全部堵塞；由于有機進樣分析中冷卻氣、輔助氣和載氣三者流量的大小對炬餡的穩定性影響較大，因此為了減少CN帶發射的影響，提高信背比，防止炬管積炭，要求有較大流量的冷卻氣和輔助氣，在設置儀器參數時選擇了合適的等離子體氣體流量、輔助氣體流量和霧化器氣體流量等；見表1。

以上條件可根據情況有所改變，但同一批標準和樣品的儀器條件必須一致。

2 結果與討論

儀器的工作參數直接影響測定靈敏度和精密度，一般需要通過多次試驗優化得到儀器工作參數，影響ICP光譜分析的主要工作參數是高頻功率，霧化氣流量和觀測高度。隨RF功率從900～1500W的逐漸增大，各元素分析譜線的強度逐漸增強，但增幅逐漸減小，功率增加使測光區的溫度升高，樣品得到充分原子化，這樣既能提高測定靈敏度，又能有效消除化學干擾；同時當功率增大時，信背比隨功率的增大而變小，本實驗功率選取1500W。在1500W的功率條件下，霧化氣流量從0.4～1.0L/min改變，隨著霧化氣流量增大，譜線強度降低，要選用較高的霧化流量，這樣有利于霧化效率的增強。

2.1分析線的選擇

對待測的P、Zn、Ca、Mo等4種元素，通過對空白、標準溶液分析掃描，對譜圖進行對比，并利用Winlab32軟件中examine所提供的功能，逐一檢查各元素的波長，選擇譜線干擾少、靈敏度適宜、強度適中的譜線做分析線，選擇的譜線見表2。

2.2方法的檢出限

為了考察新建方法、優化的儀器參數和加氧系統對各元素檢出限的影響，根據優化條件進行檢出限實驗，實驗中分別測定了油品中21項元素的檢出限，連續測定試劑空白溶液11次，以3倍標準偏差計算元素的檢出限，見表3。

2.3標準溶液工作曲線，相關系數

在給定的儀器條件下，分析元素Mo、P、Ca、Zn空白溶液、標準溶液。

各元素的分析譜線和檢出限見表4，標準曲線見圖1～圖4。

2.4內標法的應用

在等離子發射光譜分析中，光譜干擾主要是譜線干擾，由于在譜線選擇時通過選擇合適的分析譜線避開了譜線問的相互干擾，背景干擾則利用儀器軟件的扣除背景功能選擇一至二個適宜的背景扣除點，作同步背景扣除，可以很好地消除基體效應。但在實際樣品分析時，很難保證標準曲線與樣品的基體完全一致，由此引起的物理干擾可以由內標法消除。它是相對強度法，即待測元素的強度值和內標元素強度值的比值，可以減少實驗過程中工作條件的變化對譜線強度的影響，提高分析準確度和精確度。

等離子體中的氧氣徹底解決了油品直接進樣分析過程中的積炭現象，從而對樣品數據的相對標準偏差（RSD）也有所提高，以下是對發動機油樣品及其使用的發動機油復合添加劑進行測定，實驗結果見表5～表10。

從表5～表8可以看出：相對標準偏差RSD都在3%以下，完全滿足油品分析的要求。

從表9和表10可以看出在測試的準確性方面很好，誤差在2%以下。

3 結論

通過電感耦合等離子原子發射光譜（ICP-OES）方法可以對發動機油產品研發的樣品調合測試和大樣生產具有測試指導作用，有利于配方的優化，在產品質量控制及原料的檢驗控制方面也起到關鍵作用。