電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定車用尿素水溶液中的8種雜質元素含量

楊倩倩 吳德軍 王德倫 杜 效

(1 鋼鐵研究總院，北京100081；2 泰安市產品質量監督檢驗所，山東 泰安 271000)

電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定車用尿素水溶液中的8種雜質元素含量

楊倩倩1吳德軍2王德倫2杜 效1

(1 鋼鐵研究總院，北京100081；2 泰安市產品質量監督檢驗所，山東 泰安 271000)

將1 g 尿素水溶液樣品置于烘箱105 ℃下濃縮，在1 100 ℃馬弗爐中加熱灰化；取出冷卻，使用鹽酸(1+1)溶解灰分。采用Al 237.312 nm、Ca 393.366 nm、Cr 267.716 nm、Cu 324.754 nm、Fe 238.204 nm、Mg 279.553 nm、Ni 231.604 nm、Zn 213.856 nm作為分析線，建立了使用電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定尿素水溶液中鋁、鈣、鉻、銅、鐵、鎂、鎳和鋅8種雜質元素的方法。結果表明，鋁、鈣、鉻、銅、鐵、鎂、鎳和鋅的線性范圍在0.02～2 μg/mL時，校準曲線的線性相關系數均不小于0.999 5；方法中各元素的檢出限為0.001～0.010 μg/mL。將方法應用于尿素水溶液樣品中8種雜質元素的測定，結果的相對標準偏差(RSD，n=7)均小于5.0%，加標回收率為91%～108%。方法可一次性完成對多種元素的測定，準確度、精密度較高，方法簡便快速，適用于各級檢驗機構進行多批次、多項目產品的元素檢測。

ICP-AES；車用尿素；氮氧化物還原劑；灰化；痕量雜質元素

0 前言

當前，環境污染已成為我國日益嚴重的問題，而我國第Ⅳ階段機動車排放標準已成為強制要求。目前，國內柴油車發動機生產廠家廣泛采用選擇性催化還原(SCR)技術進行車輛排放尾氣的處理[1]。

車用尿素溶液是用于柴油車SCR系統的尾氣凈化液。車用尿素溶液工作時，尿素泵將其從尿素罐中抽出，與壓縮空氣混合后霧化，經噴嘴噴入排氣管，在較高的廢氣溫度(300～500 ℃)和氣流作用下氣化分解為CO2和NH3。以NH3作為還原劑，將NOx還原為無污染的N2和H2O，同時吸收有害的煙氣顆粒。這種方法具有能夠有效降低尾氣中的氮氧化物(NOx)含量等優點[2-4]。

由于國內車用尿素溶液剛剛開始使用，其研發、生產和應用技術還不夠成熟，且改裝車輛、藥品更換的站點極少，加之國家對裝載SCR系統車輛的優惠措施尚有待完善，這些都制約了車用尿素溶液行業的發展以及柴油車的減排效果。近年來，中國石油化工股份有限公司等公司在車用尿素溶液的生產、檢驗、儲運、應用技術等方面不斷實踐，并已成功應用于公交車、商務客車等各類大型柴油車輛，有力地推動了車用尿素溶液行業的發展[5]。

世界各國在推行更為嚴格的柴油機排放法規的同時，配套制定了一系列的車用尿素溶液ISO標準，我國也于2013年制定了“GB 29518—2013 柴油發動機氮氧化物還原劑——尿素水溶液AUS32”。盡管測定柴油發動機氮氧化物還原劑——尿素水溶液中的雜質物質的質量指標已有相關的國家標準和公告[6]，報道的文獻也較多，但其分析方法還沒有相關文獻報道。

本實驗通過濃縮干灰化法，將尿素水溶液灰化分解后，采用單道掃描電感耦合等離子體原子發射光譜儀完成了對尿素水溶液中國家標準要求的8種雜質元素含量的準確測定，有效地解決了樣品分解難和測試費用昂貴等問題。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及技術特點

Plasma 1000型順序掃描發射光譜儀(鋼研納克檢測技術有限公司)，其技術參數：高頻電源頻率27.12 MHz、功率1.25 kW；負高壓800 V；冷卻氣流量15 L/min，載氣流量0.5 L/min，沖洗氣流量1.5 L/min；觀察高度10 mm；蠕動泵泵速20 r/min；同軸玻璃氣動霧化器，進口旋轉霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。

1.2 主要試劑

Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn標準溶液(1 000 μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心)。

鹽酸(優級純)，硝酸(優級純)，實驗用水均為超純水，電阻率≥18 MΩ·cm；氬氣(純度>99.999 %，北京誠維峰氣體有限公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

準確稱取50 mL試樣，分批次置于石英坩堝中，在105 ℃烘箱中烘至微結晶后，將石英坩堝置于鎳坩堝中，在馬弗爐中加熱2.5 h(2 h內從350 ℃上升至700 ℃，700 ℃恒溫0.5 h)；取出冷卻至室溫，加入5 mL HCl，20 mL二次去離子水，加熱至全部溶解；再次冷卻至室溫后，轉移至50 mL玻璃容量瓶中，加水定容至刻度。隨同試樣做空白實驗。

1.3.2 標準曲線的配制

在8個50 mL容量瓶中，分別加入Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn等標準溶液，使得上述元素在8個容量瓶中的含量分別為0、1、5、10、50、100 μg，加入超純水定容至刻度，搖勻。

2 結果與討論

2.1 元素譜線選擇

由于車用尿素水溶液在進行消解之后無基體干擾，因此各元素的譜線直接選擇最靈敏的譜線即可，如表1所示。

表1 各元素分析譜線Table 1 Analytical lines of the elements

2.2 各元素校準曲線

根據樣品中各個元素的含量，將配制好的標準溶液(1.3.2)使用Plasma 1000進行校準測定。以各個元素的質量分數(x)對譜線強度(y)繪制校準曲線，其線性回歸方程及相關系數見表2。

表2 各元素線性回歸方程及相關系數Table 2 Correlation coefficients and linear regression equations

2.3 方法精密度與檢出限

2.3.1 方法檢出限

以空白溶液連續測定11次標準偏差的3倍所對應的質量濃度為方法檢出限，以空白溶液連續測定11次標準偏差的10倍所對應的質量濃度為方法測定下限，結果如表3所示，待測元素的檢出限為0.001～0.01 μg/mL，測定下限為0.003～0.033 μg/mL。

2.3.2 樣品分析結果及精密度實驗

對實際樣品11次平行取樣，按實驗方法測定，計算精密度，待測元素的測定值和精密度見表4，表中待測元素的測定值為11次測量值的算術平均值，待測樣品各元素的精密度均小于5%。

表3 方法檢出限和測定下限Table 3 Detection limit of the method and determination limit of the method /(μg·mL-1)

表4 方法精密度實驗Table 4 Precision tests of the method(n=11) /(μg·mL-1)

2.3.3 加標回收實驗

采用ICP-AES法對車用尿素進行測定，在5個平行樣品溶液中分別加入一定量的標準溶液，結果見表5。由表5可知，樣品的加標回收率在91%～108%，滿足實驗要求。

表5 加標回收實驗Table 5 Recovery tests of the method /(μg·mL-1)

3 結論

采用順序掃描ICP-AES儀測定車用尿素中的Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn等8種元素，無基體干擾，可一次性完成對多種元素的測定，方法準確度、精密度較好，方法簡便快速，適用于各級檢驗機構進行多批次、多項目產品的元素檢測。

[1] 劉希慶,郭秀梅,張莉,等.車用尿素溶液及其應用[J].石油商技(PetroleumProductsApplicationResearch),2014,32(4):40-43.

[2] 郭碧寶.尿素-SCR對柴油機NOx排放控制原理分析[J].汽車維修(AutomobileMaintenance), 2008,44(8):4-6.

[3] 喬映賓,馮明星,朱宗敏,等.柴油車尾氣處理技術及車用尿素溶液[J].石油商技(PetroleumProductsApplicationResearch),2012,30(5):54-59.

[4] 晏潤寒,陳義龍,劉愛賢,等.車用尿素水溶液在機動車氮氧化物減排中的應用[J].油氣田環境保護(EnviromentalProtectionofoil&gasfields),2014(4):55-58.

[5] 徐民.車用尿素-SCR技術進展現狀及發展展望[J].山東化工(ShandongChemicalIndustry), 2015,44(1):67-69.

[6] 中國國家標準化管理委員會GB 29518—2013柴油發動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS32)[S].北京:中國標準出版社,2013.

Determination of 8 Impurities in Vehicle Urea by InductivelyCoupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy

YANG Qianqian1, WU Dejun2, WANG Delun2, Du Xiao1

(1.CentralIron&SteelResearchInstitute，Beijing100081，China;2.TaianInstituteofSupervisionandInspectiononProductQuality,Taian,Shandong271000,China)

1.000 0 g of vehicle urea was accurately weighted and concentrated in an oven at 105 ℃. After cooling, the samples were heated in a muffle furnace at 1 100 ℃ until they were ashed completely. Then 20 mL HCl(1+1) was added to dissolve the ashes. The spectral lines (Al 237.312 nm, Ca 393.366 nm, Cr 267.716 nm, Cu 324.754 nm, Fe 238.204 nm, Mg 279.553 nm, Ni 231.604 nm and Zn 213.856 nm) were chosen as analytical lines, and a method for the determination of 8 impurities (Al, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni and Zn) in vehicle urea by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) was established The results showed that the linear ranges of 8 impurities were 0.02～2 μg/mL. The correlation coefficients were higher than 0.999 5. The detection limits were 0.001～0.010 μg/mL. The proposed method was successfully used to determine 8 impurities in vehicle urea with satisfactory results. The relative standard deviations (RSDs,n=7) were all less than 5.0%, and the recoveries of standard addition were 91 %～108 %. This method has some advantages (rapid, simplicity, good accuracy and high precision) for batch analysis simultaneously.

ICP-AES; vehicle urea; NOxreductant; ashing; trace elements

2015-12-17

2016-02-26

國家科技部、國家重大科學儀器設備開發專項基金項目(2011YQ140147)資助

楊倩倩，女，工程師，主要從事金屬材料的分析研究和應用。E-mail: yangqianqian@ncschina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.02.017

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)02-0061-03