電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定天然氣中微量金屬元素分析系統(tǒng)研究

汪玉潔　涂振權(quán)　遲永杰　周理　朱華東

1.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院　2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司天然氣質(zhì)量控制和能量計(jì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

?

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定天然氣中微量金屬元素分析系統(tǒng)研究

汪玉潔1,2涂振權(quán)1,2遲永杰1,2周理1,2朱華東1,2

1.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司天然氣質(zhì)量控制和能量計(jì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

研究了用溶液吸收裝置對(duì)天然氣中微量金屬元素進(jìn)行取樣，采用電感耦合等離子體(ICP)原子發(fā)射光譜法測(cè)定其濃度的分析系統(tǒng)。石英材質(zhì)溶液吸收裝置的直徑為80 mm、高為130 mm，具有較低的干擾和良好的吸收效果。用10%(φ)硝酸溶液浸泡過(guò)夜處理后的樣品儲(chǔ)存瓶對(duì)測(cè)定結(jié)果具有較低的影響。采樣流量為0.5 L/min時(shí)，具有較好的吸收效果和樣品代表性。研究?jī)?yōu)化了ICP發(fā)射光譜儀泵速、RF功率、霧化器氣體流量、輔助氣氣體流量、積分時(shí)間和沖洗時(shí)間等分析條件，以及特征波長(zhǎng)。分析系統(tǒng)在此優(yōu)化條件下顯示出高的靈敏度(22種元素檢出限從0.1 ～ 31.4 μg/L)。校準(zhǔn)曲線在50.0 ～ 1 000.0 μg/L范圍內(nèi)顯示出良好的線性。該分析系統(tǒng)吸收效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、操作簡(jiǎn)便、測(cè)定范圍寬、檢出限低，是一種有潛力的天然氣中微量金屬元素測(cè)定系統(tǒng)。

天然氣微量金屬原子發(fā)射光譜電感耦合

近年來(lái),隨著天然氣管網(wǎng)輸送站點(diǎn)中大量燃?xì)庠鰤簷C(jī)的使用，以及在新能源燃?xì)馄嚭吞烊粴夥植际侥茉粗写罅咳細(xì)廨啓C(jī)用戶的增加，對(duì)燃?xì)庵蠯、Na、Ca、Mg、Pb和V等金屬元素濃度提出了明確的要求。同時(shí),下游傳統(tǒng)的居民和商業(yè)用戶的環(huán)保意識(shí)和生活質(zhì)量的提高，也對(duì)天然氣中金屬元素濃度提出了要求。

目前,有報(bào)道發(fā)現(xiàn)天然氣中含有約48種微量金屬元素[1]，這些金屬元素主要由生物有機(jī)體在形成天然氣階段時(shí)所帶入，呈納米級(jí)微粒游離于天然氣中[2]。當(dāng)它們沉降附著或滲透在管道輸送和下游燃?xì)夤I(yè)中所使用的各種高溫設(shè)備、元件和材料表面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬高溫腐蝕、材料衰老和結(jié)構(gòu)堵塞等危害，縮短設(shè)備使用壽命，甚至引發(fā)安全事故，例如Ca和Mg會(huì)在高溫燃?xì)馔ǖ乐挟a(chǎn)生結(jié)垢，Na和K的化合物與燃?xì)庵械牧蚍磻?yīng)會(huì)形成有腐蝕作用的堿金屬硫酸鹽。另外，燃燒后的廢棄物也會(huì)把這些金屬元素帶入生態(tài)系統(tǒng)中，其中的一些重金屬元素會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成影響。

由于天然氣中的金屬元素濃度小(微量級(jí)甚至痕量級(jí))，存在形式多種多樣，常規(guī)方法難以檢測(cè)，因此需要良好的樣品前處理方法和高靈敏度的分析儀器。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外暫無(wú)對(duì)天然氣中微量金屬元素濃度測(cè)定技術(shù)研究的報(bào)道，但是大氣顆粒物中重金屬元素分析技術(shù)卻值得借鑒[3-5]，如原子吸收光譜法[6-7]、原子發(fā)射光譜法[8-11]、質(zhì)譜法[12-13]、熒光法和中子活化法等[14-15]。其中，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)由于成熟可靠、線性動(dòng)態(tài)范圍寬、抗鹽分能力強(qiáng)、相對(duì)較好的檢出限和精密度等特點(diǎn)，成為當(dāng)前普遍使用的金屬元素分析方法。濾膜吸附-消解法和溶液吸收法是兩種被廣泛使用的氣體樣品前處理方法，但是對(duì)于帶較大正壓氣體樣品，由于選擇合適濾膜較難、操作步驟復(fù)雜、樣品處理過(guò)程中損失大等不足而使濾膜吸附-消解法使用相對(duì)較少。目前，關(guān)于使用溶液吸收樣品前處理方法結(jié)合ICP-AES法構(gòu)建分析系統(tǒng)進(jìn)行天然氣中金屬元素濃度的測(cè)定還未見(jiàn)報(bào)道。

本文在使用液相色譜、氣相色譜和熒光光譜等對(duì)天然氣組成長(zhǎng)期進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定天然氣中微量金屬元素分析系統(tǒng)進(jìn)行了研究。本研究使用硝酸-過(guò)氧化氫溶液對(duì)天然氣進(jìn)行吸收后，采用ICP-AES對(duì)溶液中的金屬元素進(jìn)行了分析,并對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)分析方法的校準(zhǔn)曲線、檢測(cè)限、重復(fù)性和加標(biāo)回收率進(jìn)行了測(cè)定。同時(shí)，使用該方法對(duì)實(shí)際天然氣樣品中的金屬元素濃度進(jìn)行了測(cè)定。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

硝酸(HNO3，電子級(jí))；體積分?jǐn)?shù)為30%的H2O2(分析純)；超純水(≥18.2 MΩ/cm3)；混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，20.0 mg/L)；ICP發(fā)射光譜儀(美國(guó)熱電公司，IRIS 6300 Radial)；吸收器(自制，篩板孔徑20 ～ 30 μm、底部直徑80 mm、高130 mm)；流量計(jì)(日本品川公司，W-NK-0.5B)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

適當(dāng)壓力的樣品氣由進(jìn)氣口進(jìn)入盛裝300 mL 硝酸-過(guò)氧化氫(體積比為100∶1.5)吸收液的吸收器，依次經(jīng)過(guò)吸收器第一層篩板和第二層篩板,與吸收液充分接觸，由吸收器頂部出氣口進(jìn)入濕式氣體流量計(jì)進(jìn)行體積和溫度測(cè)量后從排氣口排放，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后(不小于4 h)完成樣品前處理吸收，其流程圖見(jiàn)圖1。吸收后的樣品溶液用ICP發(fā)射光譜儀進(jìn)行兩次測(cè)定而得到其平均值，通過(guò)換算得到天然氣中金屬元素濃度。

2　結(jié)果與討論

2.1ICP發(fā)射光譜儀參數(shù)優(yōu)化

對(duì)于多種微量金屬元素的同時(shí)測(cè)定，ICP發(fā)射光譜儀運(yùn)行參數(shù)對(duì)提高靈敏度和精度，消除干擾和提高準(zhǔn)確度有重要的影響。由于K、Ca、Na、Mg、Pb和V 6種微量金屬元素在測(cè)定時(shí)受實(shí)驗(yàn)條件影響較靈敏，故實(shí)驗(yàn)采用其校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性對(duì)ICP發(fā)射光譜儀泵速、RF功率、霧化器氣體流量、輔助氣氣體流量、積分時(shí)間和沖洗時(shí)間等分析條件，以及特征波長(zhǎng)進(jìn)行了考察。優(yōu)化后ICP-AES儀器參數(shù)見(jiàn)表1，各元素選定特征波長(zhǎng)為Ag 328.0 nm、Al 396.1 nm、As 189.0 nm、Ba 455.4 nm、Bi 223.0 nm、Ca 317.9 nm、Cd 214.4 nm、Co 228.6 nm、Cr 283.5 nm、Cu 324.7 nm、Fe 259.9 nm、K 766.4 nm、Li 670.7 nm、Mg 279.5 nm、Mn 259.3 nm、Na 589.5 nm、Ni 221.6 nm、Pb 220.3 nm、Se 196.0 nm、Sr 407.7 nm、V 292.4 nm、Zn 213.8 nm。

表1 ICP發(fā)射光譜儀分析參數(shù)優(yōu)化Table1 OptimizatedparametersofanalysisconditionforICPemissionspectrometer分析條件參數(shù)值泵速/(r·m-1)50RF功率/W1150霧化器氣體流量/(L·min-1)0.55輔助氣流量/(L·min-1)0.5沖洗時(shí)間/s30積分時(shí)間/sUV15;VIS5

在該優(yōu)化參數(shù)下得到的K、Ca、Na、Mg、Pb和V 6種元素的校準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，K、Ca、Na、Mg、Pb和V元素的校準(zhǔn)曲線在0.0～1 000.0 μg/L顯示出良好的線性相關(guān)性(R2≥0.998 0)。

2.2儲(chǔ)存瓶材質(zhì)的影響

通常,用于酸性液體樣品的儲(chǔ)存材質(zhì)多為塑料，因?yàn)槠渚哂心退岣g性。在研究中,因?yàn)橐獪y(cè)定處理樣品后的微量金屬元素，則采用塑料材質(zhì)儲(chǔ)存容器更能減少干擾影響。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于普通塑料儲(chǔ)存瓶，如未經(jīng)前期預(yù)處理，將對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。本研究選取Na、Ca兩種元素的校準(zhǔn)曲線線性相關(guān)性對(duì)儲(chǔ)存瓶材質(zhì)影響進(jìn)行了考察，結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出,用10%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液處理塑料儲(chǔ)存瓶后,Ca、Na元素的校準(zhǔn)曲線在0～500 μg/L顯示出良好的線性。線性相關(guān)系數(shù)：r(Ca處理后)=0.999 9>r(Ca處理前)=0.812 0；r(Na處理后)=0.999 7>r(Na處理前)=0.821 1。因此，在使用前必須對(duì)儲(chǔ)存瓶用10%硝酸進(jìn)行過(guò)夜處理。

2.3溶液吸收裝置

2.3.1吸收裝置材質(zhì)的影響

硼酸鹽玻璃和石英玻璃是雜質(zhì)濃度較少的用于制造玻璃容器的材料，本研究中用硼酸鹽玻璃和石英玻璃分別盛裝300 mL 10%的硝酸4 h和8 h[11]。然后，用ICP發(fā)射光譜儀測(cè)定溶液中金屬元素濃度，考察材質(zhì)中浸出的金屬元素濃度的干擾影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 吸收裝置材質(zhì)對(duì)測(cè)定金屬元素濃度的影響Table2 Influenceofabsorptionequipmentmaterialon detectingthemetalcontentinsampleρ/(μg·L-1)元素4h8h硼酸鹽石英硼酸鹽石英Al301.226.4144.534.7Ba13.67.611.78.6Ca5641.93142.04173.73584.7Fe132.4530.658.2484.9Mg104.635.872.823.1Mn9.39.74.85.2Na481.618.3206.452.7Sr3.81.72.51.3Zn58.832.226.324.0

從表2中可以看出，在4 h和8 h的情況下，在石英材質(zhì)取樣器中的Al、Ba、Ca、Mg、Na、Sr和Zn元素濃度明顯比在硼酸鹽玻璃材質(zhì)中的低，在石英材質(zhì)取樣器中的Fe元素濃度明顯比在硼酸鹽玻璃材質(zhì)中的高，符合石英和硼酸鹽玻璃成分差異。Mn元素在兩種材質(zhì)中的濃度幾乎一致，且相對(duì)較低(<10 μg/L)。在同一種材質(zhì)下，對(duì)于4 h和8 h浸出溶液中一些元素(如Ca、Fe、Na和Zn)濃度存在較大差異，可能是取樣器制作過(guò)程中材質(zhì)成分本身差異所致。根據(jù)研究結(jié)果，選取石英材質(zhì)吸收裝置。

2.3.2篩板面積的影響

篩板面積大小直接體現(xiàn)在篩板直徑上，主要影響微孔數(shù)量的分布。通常，對(duì)于氣液吸收取樣，較小的孔徑使得篩板上分布更多數(shù)量的孔，使氣體被分割成更多的小氣流而增加氣液接觸面積，提高吸收效率。以設(shè)備制造簡(jiǎn)單化和低成本為原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，選定孔徑大小為20～30 μm。因而，研究中在對(duì)同一氣源的天然氣樣品吸收時(shí)間6 h情況下，分別考察不同取樣日期采用大面積(直徑80 mm)和小面積(直徑50 mm)篩板對(duì)金屬元素吸收效率影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 篩板直徑對(duì)測(cè)定金屬元素濃度的影響Table3 Effectofsieveplatediameterondetectingthemetalcontentinsampleρ/(μg·L-1)元素第1次取樣①第2次取樣②80mm50mm80mm50mmAl338.5258.517.413.8Ca418.1185.1--Cu-7.55.4-Fe30.227.421.5-K362.5334.0--Mg73.168.21.52.6Na3469.7868.4--Zn104.247.77.42.4 注:①采樣流量為0.5L/min;②采樣流量為1.0L/min。

從表3可以看出，2個(gè)不同日期樣品測(cè)得的元素濃度整體顯示出大面積篩板吸收器高于小面積篩板吸收器的趨勢(shì)。其原因?yàn)榇竺娣e篩板一方面增加了單位面積的微孔數(shù)量，另一方面也增加了微孔的均勻分布性，從而提高了吸收效果。在低元素濃度下(<10 μg/L)，Cu元素吸收效果顯示出小面積篩板吸收器優(yōu)于大面積篩板吸收器，其原因可能為含有微量濃度元素的微納顆粒物在天然氣中的分布不均導(dǎo)致。因此,在本研究中選擇采用大面積篩板吸收器。

2.4采樣流量?jī)?yōu)化

采樣流量的大小會(huì)直接影響樣品吸收效果，進(jìn)而對(duì)樣品中金屬元素濃度測(cè)定產(chǎn)生重要影響。在較大流量下，樣品與溶液接觸時(shí)間較短而吸收不充分，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低；太小的流量下，氣體流動(dòng)性大大降低，取得樣品的代表性較差，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果與樣品真實(shí)濃度存在較大偏差。本研究在對(duì)實(shí)際天然氣樣品吸收時(shí)間4.5 h情況下，考察了0.25 L/min、0.5 L/min和1.0 L/min采樣流量對(duì)吸收效果的影響(見(jiàn)表4)。

從表4可以看出，0.5 L/min采樣流量測(cè)得金屬元素濃度明顯呈現(xiàn)出高于相同情況下0.25 L/min和1.0 L/min采樣流量所得金屬元素濃度，顯示出較好的吸收效果。但個(gè)別元素(Fe、Mg和Mn)濃度顯示出0.25 L/min流量高于0.5 L/min流量的情況，其原因可能為金屬元素在樣品中分布不均所致。本研究選取采樣流量為0.5 L/min。

表4 采樣流量對(duì)測(cè)定金屬元素濃度的影響(4.5h)Table4 Effectofsamplingflowondetectingthemetalcontentinsampleρ/(μg·m-3)元素采樣流量0.25L/min0.5L/min1.0L/minAg-5.94.7Al33.335.813.7Ba2.53.41.4Ca217.9454.3-Cu-9.5-Fe88.841.127.6K673.8890.7253.7Mg101.170.757.61Mn1.40.50.2Na677.91200.7258.9Zn11.833.610.1

2.5分析性能

2.5.1校準(zhǔn)曲線和檢出限

分別配制不同濃度系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液得到各元素濃度的校準(zhǔn)曲線，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看出,22種元素在0 ～ 1 200 μg/L濃度范圍內(nèi)的線性相關(guān)系數(shù)(r)≥0.999 2，方法具有良好的線性關(guān)系。檢出限用3倍10次空白測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算求得。從表5中發(fā)現(xiàn)，元素濃度檢出限在0.1 ～ 100.2 μg/L之間，表明方法檢出限較低，能滿足天然氣工業(yè)對(duì)微量金屬元素濃度測(cè)定需求。

2.5.2精密度和準(zhǔn)確度

由于缺乏富含22種微量金屬元素的實(shí)際天然氣樣品，研究中使用標(biāo)準(zhǔn)溶液配制了一個(gè)未知濃度樣品，重復(fù)測(cè)定10次，考察了方法的精密度，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。各元素加標(biāo)回收率在99.1%～113.2%之間，RSD<2.5%，表明方法準(zhǔn)確度和精密度良好。

表5 元素濃度校準(zhǔn)曲線和檢出限Table5 Calibrationcurveanddetectionlimitsofelementsconcentration元素校準(zhǔn)曲線方程r檢出限/(μg·L-1)元素校準(zhǔn)曲線方程r檢出限/(μg·L-1)Agy=3.6956x+5.14211.00003.4Ky=1.2347x+35.5620.999931.4Aly=2.0405x-26.7450.999917.0Liy=26.303x+127.580.99981.5Asy=0.2689x-0.28531.00005.1Mgy=143.15x+28.0251.00000.5Bay=141.73x+438.461.00000.3Mny=24.325x+78.4070.99990.2Biy=0.2005x+0.04140.999812.1Nay=4.36x+6.16920.999229.0Cay=6.6489x+41.0731.0000100.2Niy=2.7205x+3.27561.00000.8Cdy=11.026x+38.8190.99990.1Pby=0.5158x+2.26571.00008.8Coy=2.6262x-1.57991.00000.9Sey=0.1971x+1.42980.999922.4Cry=7.1002x+24.2170.99991.9Sry=256.22x+729.340.99990.1Cuy=5.217x+10.3140.99991.6Vy=2.2027x+6.63151.00003.1Fey=4.4744x+18.6540.99991.6Zny=4.8863x+12.2771.00000.5

表6 元素精密度和準(zhǔn)確度Table6 Precisionandaccuracyofthemethod元素樣品值/(μg·L-1)添加值/(μg·L-1)檢測(cè)值/(μg·L-1)回收率①/%RSD/%Ag268.5300.0596.2109.20.3Al247.1300.0563.2105.40.5As252.3300.0549.799.10.8Ba247.0300.0548.7100.60.7Bi247.6300.0546.199.50.9Ca252.1300.0556.8101.60.8Cd246.9300.0545.299.40.1Co251.7250.0506.1101.80.5Cr246.1250.0505.6103.80.9Cu246.0250.0510.0105.60.8Fe243.9250.0502.3103.41.0元素樣品值/(μg·L-1)添加值/(μg·L-1)檢測(cè)值/(μg·L-1)回收率①/%RSD/%K242.1250.0525.2113.22.4Li243.2250.0514.7108.61.3Mg241.8250.0495.6101.51.3Mn245.0200.0448.2101.60.9Na235.7200.0439.8102.11.6Ni250.3200.0452.5101.10.2Pb245.1200.0452.4103.70.5Se253.7200.0455.6101.00.6Sr237.8200.0439.1100.61.2V256.5200.0461.5102.51.3Zn249.3200.0451.4101.00.4 注:①回收率=(檢測(cè)值-樣品值)/添加值×100%。

2.5.3實(shí)際樣品分析

在實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件下，對(duì)國(guó)內(nèi)某輸氣站點(diǎn)不同時(shí)間段內(nèi)天然氣中微量金屬元素進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)表7。由于在輸送過(guò)程中微納級(jí)顆粒的團(tuán)聚沉積和除塵設(shè)備的作用，產(chǎn)品天然氣中微量金屬元素濃度較低。同時(shí)，由于不同氣質(zhì)混輸和氣量調(diào)配等的影響，天然氣中微量金屬元素濃度在不同時(shí)間段內(nèi)存在差異。

表7 實(shí)際樣品中金屬元素分析結(jié)果Table7 Analyticalresultsofmetalsinrealsamples元素第1次取樣第2次取樣μg·L-1μg·m-3μg·L-1μg·m-3Fe2.910.37.822.6K-85.464.2185.7Mg0.72.51.54.3Na58.0206.4112.3324.9Zn49.1174.74.011.6

3　結(jié) 論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定天然氣中微量金屬元素分析系統(tǒng)。結(jié)果表明，該分析系統(tǒng)的樣品前處理裝置吸收效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、操作簡(jiǎn)便，分析方法檢出限結(jié)果較好，準(zhǔn)確度和精密度良好。同時(shí)，各元素在寬的濃度范圍內(nèi)顯示出較好的線性，利于實(shí)現(xiàn)對(duì)濃度變化大的樣品進(jìn)行測(cè)定。這些特點(diǎn)表明，該分析系統(tǒng)是一種非常有吸引力的天然氣中微量金屬元素濃度測(cè)定系統(tǒng)。

[1] 王多義, 鄧美洲, 劉應(yīng)漢, 等. 天然氣中金屬微量元素的發(fā)現(xiàn)及其生態(tài)環(huán)境意義[J]. 地學(xué)前緣, 2008, 15(6): 124-132.

[2] 王多義, 劉亞偉, 鄧美洲. 新場(chǎng)氣田土壤中納米黃鐵礦的發(fā)現(xiàn)及討論[J]. 天然氣工業(yè), 2005, 25(11): 14-16.

[3] 汪玉潔, 涂振權(quán), 周理, 等. 大氣顆粒物重金屬元素分析技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2015, 35(4): 1030-1032.

[4] 索金玲, 張金龍, 吳珊, 等. 微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定管輸原油中鎳、鈉、釩[J]. 石油與天然氣化工, 2013, 42(3): 302-305.

[5] 管殿洪. 微波等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP/AES)測(cè)定原油中的微量金屬元素[J]. 石油與天然氣化工, 2007, 36(5): 420-422.

[6] KARANASIOU A A, THOMAIDIS N S, ELEFTHERIADIS K, et al. Comparative study of pretreatment methods for the determination of metals in atmospheric aerosol by electrothermal atomic absorption spectrometry[J]. Talanta, 2005, 65(5): 1196-1202.

[7] American Society for Testing Material. Standard practice for measurement of metals in workplace atmospheres by flame atomic absorption spectrophotometry： ASTM D 4185[S]. 2011.

[8] ZHOU S Z, YUAN Q, LI W J, et al. Trace metals in atmospheric fine particles in one industrial urban city: Spatial variations, sources, and health implications[J]. Journal of Environmental Sciences, 2014, 26(1): 205-213.

[9] DUAN Y X, SU Y X, JIN Z, et al. A field-portable plasma source monitor for real-time air particulate monitoring [J]. Analytical Chemistry, 2000, 72(7): 1672-1679.

[10] International Standardization Organization. Workplace air-determination of metals and metalloids in airborne particulate matter by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry-part 3: analysis： ISO 15202-3[S]. 2014.

[11] Environmental Protection Agency. Determination of metals emissions from stationary sources： EPA Method 29[S]. 1996.

[12] SUZUKI Y, SATO H , HIYOSHI K , et al. Quantitative real-time monitoring of multi-elements in airborne particulates by direct introduction into an inductively coupled plasma mass spectrometer[J]. Spetrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2012, 76: 133-139.

[13] American Society for Testing Material. Standard test method for determination of elements in airborne particulate matter by inductively coupled plasma-mass spectrometry：ASTM D 7439[S]. 2014.

[14] OKUDA T , FUJIMORI E , HATOYA K , et al. Rapid and simple determination of multi-elements in aerosol samples collected on quartz fiber filters by using EDXRF coupled with fundamental parameter quantification technique[J]. Aerosol and Air Quality Research, 2013, 13(6): 1864-1876.

[15] AVINO P, CAPANNESI G, ROSADA A. Heavy metal determination in atmospheric particulate matter by Instrumental Neutron Activation Analysis[J]. Microchemical Journal, 2008, 88(2): 97-106.

Research on the analytical system for determination of trace metals in natural gas using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry

Wang Yujie1,2, Tu Zhenquan1,2, Chi Yongjie1,2, Zhou Li1,2, Zhu Huadong1,2

(1.ResearchInstituteofNaturalGasTechnology,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany，Chengdu610213,China； 2.KeyLaboratoryofNaturalGasQualityandEnergyMeasurement,CNPC,Chengdu610213,China)

An effective analysis system based on sampling with solution absorption device is studied for the determination of trace metals in natural gas by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The quartz absorption device with diameter of 80 mm and height of 130 mm shows a lower interference and high absorption. The storing sample bottle after soaking overnight with 10% nitric acid solution has a lower impact on the measurement results. The sampling flow of 0.5 L/min displays a better absorption effect and good representative sample. Under the optimized experimental conditions of ICP-AES, such as the pump speed, RF power, nebulizer gas flow, auxiliary gas flow, integration time and rinsing time, as well as characteristic wavelength, the analysis system exhibits high sensitivity (the detection limits of 22 elements from 0.1-31.4 μg/L). The calibration curve is a good linearity in the range of 50.0-1 000.0 μg/L. The features of the developed system include high absorption efficiency, simple structure, small size, easy operation, wide measurement range, and low detection limit with a potential for determination of trace metals in natural gas.

natural gas, trace metal, atomic emission spectrometry, inductive coupling

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)課題“激光拉曼光譜氣體分析儀的研發(fā)與應(yīng)用-激光拉曼天然氣分析儀”(2012YQ16000707);中國(guó)石油科研專項(xiàng)項(xiàng)目“天然氣中鈣、鎂、鈉等金屬元素測(cè)定技術(shù)研究”(A201305)。

汪玉潔(1986-),工程師,碩士,2010年畢業(yè)于四川大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè),現(xiàn)就職于中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院,主要從事天然氣分析測(cè)試研究工作。E-mail:yujie_w@petrochina.com.cn

TE642

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2016.04.017

2015-12-25；

2016-01-20；編輯：鐘國(guó)利