Wykorzystanie spektrometrii ICP-MS do badania biokomponentów paliw do pojazdów samochodowych

• Autorzy: Kozak Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.07.07

Warianty tytułu

EN

Application of ICP-MS spectrometry to study biocomponents of fuels for motor vehicles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano wykorzystanie techniki ICP-MS do analizy śladowych pierwiastków w biokomponentach paliw do silników samochodowych. Do badań wytypowano dwa rodzaje biokomponentów węglowodorowych do silników o zapłonie samoczynnym, otrzymywanych na drodze hydrokonwersji olejów roślinnych (ang. hydrotreated vegetable oil, HVO), oraz do silników o zapłonie iskrowym, otrzymywanych w technologii EtG (ang. ethanol to gasoline). W próbkach oznaczano pierwiastki: Na, Al, K, Ti, V, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, Sn, Ba i Pb z wykorzystaniem metody wzorca wewnętrznego z zastosowaniem indu. Poprawność oznaczeń sprawdzono, stosując metodę odzysku. Uzyskano wartości odzysku mieszczące się w przedziale od 99,0% do 136,7%. Najlepszy odzysk uzyskano dla sodu (99,0%) i molibdenu (102,4%), a najgorszy dla baru (136,7%). W przypadku 93,8% wyników wartość odzysku nie przekroczyła 120%. W związku z tym, że oznaczenia wykonywano przy niskim poziomie stężeń analitów (5 μg/kg), otrzymane wartości odzysku uznano za zadowalające. W próbce węglowodorów HVO oznaczono cztery pierwiastki: Al, Cu, Zn i Pb, których średnie stężenia i współczynniki zmienności wyniosły odpowiednio: 1,88 μg/kg (50,9%), 0,87 μg/kg (78,0%), 9,38 μg/kg (11,1%) i 0,81 μg/kg (26,5%). Pozostałe 12 pierwiastków znajdowało się w stężeniach poniżej ich granic oznaczalności. W przypadku analizy próbki węglowodorów do silników o zapłonie iskrowym spośród 16 pierwiastków wybranych w ramach analizy próbki oznaczono tylko sód, glin i cynk – odpowiednio w stężeniach 4,07 μg/kg, 2,81 μg/kg i 46,5 μg/kg. Pozostałe pierwiastki znajdowały się w stężeniach poniżej ich granic oznaczalności. Najbardziej precyzyjne wyniki uzyskano dla sodu – współczynnik zmienności 8,0%, natomiast dla cynku i glinu – odpowiednio 11,1% i 34,2%. Otrzymane wyniki pozwalają wnioskować o możliwości stosowania techniki ICP-MS do analizy tego typu produktów przy zastosowaniu metody wzorca wewnętrznego kompensującego fizyczne efekty interferencyjne.

EN

The paper describes the use of the ICP MS technique for the analysis of trace elements in biocomponents of fuels for motor vehicles. Two types of hydrocarbon biocomponents for Diesel engines obtained by hydroconversion of vegetable oils (HVO) and for spark-ignition engines obtained using EtG (Ethanol to Gasoline) technology were selected for the research. The following elements were determined in the samples: Na, Al, K, Ti, V, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, Sn, Ba and Pb using the internal standard method with the use of indium. The correctness of the determinations was checked using the recovery method. Recovery values ranging from 99.0 to 136.7% were obtained. The best recovery was obtained for sodium (99.0%) and molybdenum (102.4%), and the worst for barium (136.7%). However, for 93.8% of the results, the recovery value did not exceed 120%. As the determinations were performed at a low concentration level of the analytes (5 µg/kg), the obtained recovery values were considered satisfactory. Four elements were determined in the HVO hydrocarbon sample: Al, Cu, Zn and Pb, whose average concentrations and coefficients of variation were 1.88 μg/kg (50.9%), 0.87 μg/kg (78.0%), 9.38 μg/kg (11.1%) and 0.81 μg/kg (26.5%), respectively. Concentration of the remaining 12 elements were below their quantification limits. In the case of the analysis of the hydrocarbon sample for spark-ignition engines, of the 16 elements selected in the sample analysis, only Na, Al and Zn were determined at the concentrations of 4.07, 2.81 and 46.5 μg/kg. Concentrations of the remaining elements were below their limits of quantification. The most precise results were obtained for sodium – the coefficient of variation 8.0%, and for zinc and aluminium – 11.1% and 34.2%, respectively. The obtained results allow to conclude on the possibility of using the ICP MS technique for the analysis of this type of products with the use of the internal standard method that compensates for physical interference effects.

Słowa kluczowe

PL

spektrometria; masa; plazma; indukcja; sprzężenie; oznaczanie pierwiastków śladowych; biokomponenty paliw; pojazd samochodowy

EN

inductively coupled plasma mass spectrometry; determination of trace elements; biocomponent; fuel; motor vehicles

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 7
• Strony: 550--558
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wz.

Twórcy

autor

Kozak Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Cheung T.S., Wong C., Badiei H.R., 2017. Advantages of a Novel Plasma Generator for the NexION 2000 ICP-MS. Technical Note, ICP – Mass Spectrometry, PerkinElmer.
• Ferreira S.L.C., Miró M., da Silva E.G.P., Matos G.D., dos Reis P.S., Brandao G.C., dos Santos W.N.L., Duarte A.T., Vale M.G.R., Araujo R.G.O., 2010. Slurry Sampling – An Analytical Strategy for the Determination of Metals and Metalloids by Spectroanalytical Techniques. Applied Spectroscopy Reviews, 45: 44–62. DOI:10.1080/05704920903435474.
• Hulanicki A., 2001. Współczesna chemia analityczna – wybrane zagadnienia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 50–56.
• Kozak M., 2010. Zastosowanie optycznej spektrometrii emisyjnej, ze wzbudzeniem w plazmie indukowanej w badaniach przetworów naftowych. Nafta-Gaz, 66(7): 606–612.
• Kozak M., 2012. Zastosowanie reaktora mikrofalowego do mineralizacji próbek z matrycą węglowodorową. Nafta-Gaz, 68(11):859–867.
• Kozak M., 2014. Technika ablacji laserowej połączona ze spektrometrią mas plazmy indukcyjnie sprzężonej (LA ICP MS) i możliwości jej wykorzystania w analizie produktów naftowych. Nafta-Gaz, 70(11): 810–816.
• Kumar S.J., Gangadharan S., 1999. Determination of trace elements in naphtha by inductively coupled plasma mass spectrometry using water-in-oil emulsions. Journal of Analytical Atomic Spectrometry,14: 967–971. DOI: 10.1039/A900894B.
• Lubowicz J., 2016. Wpływ biokomponentu otrzymanego w wariancie co-processing na właściwości oleju napędowego. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 208: 1–172. DOI: 10.18668/PN2016.208.
• Montaser A. (ed.), 1998. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Wiley–VCH: 312–314.
• Nölte J., 2003. ICP Emission Spectrometry. A Practical Guide. Wiley – VCH: 49–51.
• O’Connor G., Evans E.H., 2007. Fundamental Aspects of Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP–MS). [W:] Hill S.J. (ed.). Inductively Coupled Plasma Spectrometry and its Applications. Blackwell Publishing Ltd: 134–159.
• Olsen S.D., Westerlund S., Visser R.G., 1997. Analysis of Metals in Condensates and Naphtha by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Analyst, 122: 1229–1234. DOI: 10.1039/A704017B.
• Potter D., 2008. A commercial perspective on the growth and development of the quadrupole ICP-MS market. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 23: 690–693. DOI: 10.1039/B717322A.
• Russo R.E., Mao X., Liu H., Gonzalez J., Mao S.S., 2002. Laser ablation in analytical chemistry – a review. Talanta, 57: 425–451. DOI: 10.1016/s0039-9140(02)00053-x.
• Ruszczyńska A., Wagner B., Bulska E., 2010. Spektrometria mas plazmy indukcyjnie sprzężonej. [W:] Żyrnicki W., Borkowska-Burnecka J., Bulska E., Szmyd E. (red.). Metody analitycznej spektrometrii atomowej. Teoria i praktyka. Wydawnictwo MALAMUT, Warszawa: 146–179.
• Sader J.A., Ryan S., 2020. Advances in ICP-MS technology and the application of multi-element geochemistry to exploration. Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis, 20(2): 167–175. DOI: 10.1144/geochem2019-049.
• Souza S.O., Costa S.S.L., Brum B.C.T., Santosa S.H., Garcia C.A.B., Araujo R.G.O., 2019. Determination of nutrients in sugarcane juice using slurry sampling and detection by ICP OES. Food Chemistry, 273: 57–63. DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.03.060.
• Tagoe C., Ramharry W., 1993. Are there contaminants in your feedstream? Hydrocarbon Processing, 72: 117–121.
• Viswanadham N., Saxena S.K., Kumar J., Sreenivasulu P., Nandan D., 2012. Catalytic performance of nano crystalline H-ZSM-5 in ethanol to gasoline, (ETG) reaction. Fuel, 95: 298–304. DOI:10.1016/j.fuel.2011.08.058.
• Wang J., Nakazato T., Sakanishi K., Yamada O., Tao H., Saito I., 2004. Microwave digestion with HNO3/H2O2 mixture at high temperatures for determination of trace elements in coal by ICP-OES and ICP-MS. Analytica Chimica Acta, 514(1): 115–124. DOI:10.1016/j.aca.2004.03.040.
• Wieser M.E., Schwieters J.B., 2005. The development of multiple collector mass spectrometry for isotope ratio measurements.International Journal of Mass Spectrometry, 242: 97–115. DOI:10.1016/j.ijms.2004.11.029.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).