石油和石油產(chǎn)品中硫含量的測定， 能量色散X射線(xiàn)熒光光譜法

石油和石油產(chǎn)品中硫含量的測定，

能量色散X射線(xiàn)熒光光譜法

警示一-本標準涉及某些有危害的材料、操作及設備,但未對所涉及的所有安全問(wèn)題提出建議。因此,在使用本標準以前,用戶(hù)應建立適當的安全和保護措施,并確定相關(guān)規章限制的適用性。對于一些特殊的預防說(shuō)明見(jiàn)6.2和6.4.

1范圍

本標準規定了用能量色散X射線(xiàn)熒光光譜法測定石油和石油產(chǎn)品中硫含量的試驗方法。

本標準適用于測定單相的、常溫下或適當加熱下為液態(tài),或可以溶解于烴類(lèi)溶劑中的石油和石油產(chǎn)品,包括車(chē)用汽油、乙醇汽油、柴油、生物柴油及其調合燃料、噴氣燃料、煤油、其他餾分油、石腦油、渣油、原油、潤滑油基礎油、液壓油以及類(lèi)似的石油產(chǎn)品。

本標準適用于測定硫的質(zhì)量分數范圍為0.001 7%(17 mg/kg)~4.6%(46 000 mg/kg)。

2規范性引用文件

GB/T 4756石油液體手工取樣法

GB/T 8170數值修 約規則與極限數值的表示和判定

GB/T 27867石 油液體管線(xiàn)自動(dòng)取樣法

NB/SH/T 0843石 化行業(yè)分析測試系統的評價(jià)統計技術(shù)法

ASTM D6259確定 合并測定極限值的標準規程(Practice for determination of a pooled limit of quantitation for a test method)

ASTMD7343X射線(xiàn)熒光光譜法測定石油產(chǎn)品和潤滑劑中元素的優(yōu)化、樣品處理校準及驗證的標準規程(Practice for optimization, sample handing, calibration, and validating of X-ray fluorescence spectrometry methods for elemental analysis of petroleum products and lubricants)

3方法概要

將試樣置于從X射線(xiàn)源發(fā)射出來(lái)的射線(xiàn)束中,測量激發(fā)出來(lái)能量為2.3 keV的硫K.特征X射線(xiàn)強度,并將累積計數與預先制備好的標準樣品的計數進(jìn)行對比,從而獲得用質(zhì)量分數表示的硫含量(見(jiàn)ASTM D7343).至少需要3組標準樣品涵蓋質(zhì)量分數范圍:0.0%~0.1%,0.1%~1.0%,1.0%~5.0%。

4方法使用條件

本標準的使用前提為標準樣品和待測樣品的基體匹配或者已考慮到基體的不同(參見(jiàn)A.2)。待測樣品和標準樣品(參見(jiàn)附錄A)的碳氫質(zhì)量比(mc/mm)不同或者其他雜原子的存在可導致基體不匹配。

表1給出了待測樣品中雜原子及乙醇和甲醇存在的允許含量.

含氧燃料中乙醇和甲醇的含量超出表1給出的范圍時(shí),用本標準也可以進(jìn)行分析,但精密度和偏差不適用(參見(jiàn)附錄B)。

對于含氧量較高(質(zhì)量分數大于3%)的樣品,應對樣品進(jìn)行稀釋或使用基體匹配的標準樣品以保證測定結果的準確。

5儀器設備

5.1 能量色散X射線(xiàn)熒光光譜儀

5.1.1任何 能用于本試驗方法的能量色散X射線(xiàn)熒光光譜儀至少應包含5.1.2~5.1.8規定的部件并且對樣品的測試結果相同。

5.1.2x射線(xiàn)激發(fā)源:X射線(xiàn)管的有效能量高于2.5keV.在使用X射線(xiàn)管作為激發(fā)源的光譜儀時(shí),應按照儀器廠(chǎng)家的安全說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。

5.1.3可移動(dòng)的樣品盒:用可更換的能被X射線(xiàn)穿透的聚酯薄膜做窗口膜可盛裝樣品且適合X射線(xiàn)熒光光譜儀的幾何形狀，裝樣的最小深度為4 mm,最小直徑為10 mm.對于測量低硫(質(zhì)量分數小于50mg/kg)樣品時(shí),優(yōu)選一次性的樣品盒。

5.1.4 x射線(xiàn)探測器:對能量為2.3 keV的硫的K.特征X射線(xiàn)有較高靈敏度,分辨率不超過(guò)800 eV.

5.1.5過(guò)濾器 :能把硫Ka譜線(xiàn)與其他X射線(xiàn)區別開(kāi)來(lái)的裝置。

5.1.6信號調節和數據處理電 子系統:具有X射線(xiàn)強度計數、背景X射線(xiàn)的扣除、譜線(xiàn)的平滑校正和將硫的X射線(xiàn)強度轉換成質(zhì)量分數的功能。

5.1.7在優(yōu)化好的條件下,此光譜儀的靈敏度應可測量硫含量約為質(zhì)量分數0.05%的樣品,其誤差應該是由于計數統計引起的,其標準偏差不大于0.5%。

5.1.8顯示 器或打印機:能讀出或打印硫的質(zhì)量分數。

5.2分析天平

感量為0.1 mg,最大稱(chēng)量范圍為100 g.

6試劑與材料

6.1試劑的純度:本標準中使用的所有化學(xué)試劑均為分析純或以上級別的純度。

6.2二正丁基硫醚 (DBS) :不低于優(yōu)級純,分子式為(C, H,)2S.在本標準中用它作標準物質(zhì),標有經(jīng)過(guò)認證的硫含量[--般硫含量(質(zhì)量分數)為21.91%],用此含量來(lái)計算配制的標準樣品中的精確的硫含量(見(jiàn)8.1)。

警示一正丁 基硫化物是可燃和有毒化合物。

注:需要知道的是正丁基碗醚中硫的含量，而不僅僅是純度,因為雜質(zhì)也可能是含硫化合物。

6.3漂移監測樣品(可選):各種狀態(tài)的在X射線(xiàn)反復照射下保持穩定的含硫物質(zhì)都可作為漂移監測樣品,例如聚硫化物油、玻璃或金屬樣品。不應使用在X射線(xiàn)反復照射下會(huì )分解的液體、壓制粉末和固體材料?？捎玫暮蛭镔|(zhì)包括可長(cháng)期使用的液體石油產(chǎn)品、金屬合金或熔融的玻璃圓片。在合適的計數時(shí)間下,監測樣品所顯示的計數率應該滿(mǎn)足相對標準偏差小于1%.監測樣品的計數率應該在校準時(shí)測定(見(jiàn)8.2.1)并且在分析時(shí)要再次測定(見(jiàn)11.2)。計數率將用于計算漂移校正因子(見(jiàn)14.6)。雖然手動(dòng)也能進(jìn)行計算,但漂移校正通常由軟件自動(dòng)完成。對于穩定性較好的X射線(xiàn)光譜儀,漂移校正因子的大小整體上不會(huì )發(fā)生明顯的變化.

6.4 聚硫化物油:硫含量已知的壬基聚硫化物,通常用烴類(lèi)基體的溶劑稀釋。

警示---可能引起皮膚過(guò)敏。

注:聚硫化物油是- -種高分子量的油,其硫含量高達質(zhì)量分數50%。它們在與白油充分混合后仍具有優(yōu)良的物理性能,例如低黏度、低揮發(fā)性和較長(cháng)的保質(zhì)期。用白油對聚硫化物油進(jìn)行稀釋,然后通過(guò)與相應的有證標準物質(zhì),進(jìn)行直接對比來(lái)得到聚硫化物油的硫含量.

6.5白油:硫含量小于2mg/kg.在本標準中作為配制標準樣品的稀釋劑(本標準中所用其他種類(lèi)稀釋劑中的硫含量均小于2 mg/kg).當進(jìn)行低硫(質(zhì)量分數小于200 mg/kg)測試時(shí),標準樣品硫含量的計算應包含基體物質(zhì)中的硫含量(見(jiàn)8.1).當溶劑或試劑中的硫含量不確定時(shí)，需要進(jìn)行確定,或用更高純度的試劑去配制標準樣品。

6.6可透過(guò)X射線(xiàn)的薄膜:任何一種能耐樣品化學(xué)腐蝕、不含硫、能使X射線(xiàn)充分通過(guò)的薄膜都可以使用。比較適合的有聚酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜和聚酰亞胺膜。但是如果樣品中芳烴含量高時(shí)會(huì )溶解聚丙烯膜聚碳酸酯膜和聚酯膜。

6.7氦氣(可選):吹掃氣,需要時(shí)請按照儀器制造商的建議來(lái)選擇相應的規格。

6.8計數氣體:對于安裝了流氣正比計數器的儀器,計數氣體的純度應滿(mǎn)足儀器制造商的規格要求。

6.9 校準檢查樣品:一個(gè)或多個(gè)具有確定的硫含量(包括聚硫化物油、二正丁基硫醚、噻吩等)、并且在建立校準曲線(xiàn)時(shí)沒(méi)使用過(guò)的液體石油產(chǎn)品或標準樣品。校準檢查樣品可以用來(lái)確定初始校準曲線(xiàn)的準確性和精密度(見(jiàn)第8章)。

6.10質(zhì)量控制(QC)樣品:為確保測定系統處于令人滿(mǎn)意的狀態(tài)，定期測定的穩定的石油產(chǎn)品或其他固體樣品(見(jiàn)第14章)。建議通過(guò)QC樣品和質(zhì)量控制圖來(lái)驗證系統的狀態(tài)。質(zhì)量控制過(guò)程應由各個(gè)實(shí)驗室獨立完成。能長(cháng)時(shí)間保持穩定、典型的樣品可以用來(lái)作為QC樣品。對于漂移監測樣品,推薦使用固體材料。

7樣品盒的準備

7.1如果使用的是重復 使用的樣品盒,那么在使用前應保證其清潔和干燥。- -次性樣品盒不應重復使用。常選厚度小于10μm的聚酯或聚碳酸酯薄膜(見(jiàn)6.6)作為窗膜,因其對于硫特征X射線(xiàn)有高的透射率。每測定一個(gè)樣品都要使用新的窗膜。避免接觸樣品盒內部和暴露在X射線(xiàn)下的窗膜及儀器的窗口。當測量硫含量較低的樣品時(shí),手指上的油污能影響測定結果。窗口膜上的褶皺會(huì )影響硫的X射線(xiàn)的透過(guò)率。因此,為確保測定結果的可靠,應保證窗膜是平展的和干凈的。

7.2當窗膜的類(lèi)型或厚度發(fā)生變化時(shí)或開(kāi)始使用新批次聚酯膜前應重新校準儀器.

7.3芳烴含量高的樣品宜使用其他不含雜質(zhì)元素的膜作為窗膜,可優(yōu)先選撣6μm厚的聚酰亞胺膜。

8校準

8.1標準樣品

8.1.1用不含 硫的白油或其他合適的基體物質(zhì)稀釋二正丁基硫醚來(lái)配制標準樣品(見(jiàn)6.5)。未知樣品的硫含量應在使用的校準曲線(xiàn)范圍內。表2給出了推薦的標準樣品的硫含量。當標準樣品硫質(zhì)量分數低于0.02%(200mg/kg)時(shí),應將基體物質(zhì)中的硫含量考慮進(jìn)去,如式(1)所示。準確稱(chēng)取推薦量的二正丁基硫醚和基體稀釋劑,計算出所配制的標準樣品的硫含量并輸人儀器中進(jìn)行校準。標準樣品中硫含量可按式(1)計算。

式中:

w(S) - ---標準樣品中硫的質(zhì)量分數,%;

m DBS-----正丁基硫醚的質(zhì)量,單位為克(g);

w(SpBs)-----DBS中硫的質(zhì)量分數,一般為21.91%;

m MO----白油的質(zhì)量,單位為克(g);

w(Smo) - - - 白油中硫的質(zhì)量分數,%。

如果使用其他含硫物質(zhì),標準樣品中硫含量可按式(2)計算:

式中:

w(S)----標準樣品中硫的質(zhì)量分數,%;

msc----含硫物質(zhì)的質(zhì)量,單位為克(g) ;

w(Ssc)----含硫物質(zhì)中硫的質(zhì)量分數,%;

mD-----稀釋劑的質(zhì)量, 單位為克(g);

w(SD)----稀釋劑中硫的質(zhì)量分數,%。

8.1.2可以用與待測樣品相同的基體物質(zhì)混合的有證標準物質(zhì)來(lái)獲得標準樣品,但需要認證機構給出混合物的硫含量以及不確定度。

8.1.3此外，可用無(wú)硫白油稀釋聚硫化物油得到標準樣品。聚硫化物油標準樣品的硫含量可以有很大的范圍,用聚硫化物油標準樣品建立的校準曲線(xiàn)應該用有準確硫含量且基體匹配的可溯源標準物質(zhì)進(jìn)行驗證。當聚硫化物油校準曲線(xiàn)建好后,標準樣品應置于棕色玻璃瓶中避光常溫保存,取樣前應充分振蕩以保證混合均勻。

注:如果市售標準物質(zhì)的硫含量已知并且與表3中的濃度近似,那么也可以使用。

8.1.4按表2所示的配比,準確稱(chēng)量適量的稀釋劑,置于一個(gè)合適的細口徑容器中,然后準確稱(chēng)量適量的二正丁基硫醚,在室溫下充分混合(可以使用包有聚四氟乙烯的磁力攪拌器)。

8.1.5根據待測樣 品預期的硫含量,按照表3,通過(guò)稀釋初始標準樣品來(lái)配制1個(gè)或多個(gè)系列的標準樣品?；蛲ㄟ^(guò)混合有證標準物質(zhì)的方法(8.1.2)以及稀釋聚硫化物油的方法(8.1.3)來(lái)配制。

注:如果需要也可以配制其他標準樣品,濃度在表3的范圍內(見(jiàn)8.1.2).

8.1.6如有市售,可以購買(mǎi)表3范圍內的標準樣品。

8.1.7如果所用的稀 釋劑中含硫,那么按式(1)將這部分硫加人配制的標準樣品的硫含量中。(向供應商詢(xún)問(wèn)稀釋劑中準確的硫含量或者用其他低硫測定方法進(jìn)行測試)。

8.2有證標準校準樣品.

8.2.1當與試樣的基體相同時(shí),某些有證標準物質(zhì)也可以用作本標準中的標準樣品。

8.2.2硫質(zhì)量分數小于100mg/kg的標準樣品要進(jìn)行重復測試。作校準曲線(xiàn)時(shí)可以選擇單個(gè)結果或平均結果。

8.3校準儀器

按照儀器說(shuō)明書(shū),依據表3選擇適當范圍校準儀器。通常,校準過(guò)程調整儀器,使其能夠記錄硫的X射線(xiàn)凈強度,然后是已知含量標準樣品的測定。用表4中推薦的計數時(shí)間,每個(gè)標準樣品得到一個(gè)強度計數。當標準樣品硫質(zhì)量分數小于100mg/kg時(shí),用新的樣品盒和新取的標準樣品,立刻重復測試。

所有的標準樣品都分析完后,根據得到每個(gè)標準樣品硫的凈強度計數,按照儀器說(shuō)明書(shū)建立*的校準曲線(xiàn)。

警示----避免將可燃性液體溢漏在儀器里。

8.4質(zhì)量 控制(QC)樣品

使用QC樣品是有必要的。QC樣品可以按8.1配制,也可使用合適的認證標準物質(zhì)(見(jiàn)8.2)。QC樣品的濃度應接近試樣的預期濃度。

8.5 標準樣品的存放

所有的標準樣品在不用時(shí)都應存放在帶有玻璃或其他惰性材料塞子的棕色或用不透明材料包裹的玻璃瓶中,置于黑暗、低溫環(huán)境下。發(fā)現有沉淀或濃度有變化,這個(gè)標準樣品就要報廢。

9儀器的準備

按照儀器制造商提供的說(shuō)明書(shū)安裝儀器,儀器應盡可能連續運轉以保持最佳的穩定性。

10取樣

按照GB/T 4756或GB/T 27867規定的方法取樣。樣品倒人樣品盒后應立即分析,并且使由于攪動(dòng)產(chǎn)生的氣泡溢出。

11 試驗步驟

11.1在分析未知試樣前應先測量QC樣品,驗證測量系統是否在滿(mǎn)意的狀態(tài)下。如果QC樣品的重復性比此濃度下要求的重復性差(見(jiàn)表5) ,說(shuō)明儀器已出現偏差,需要進(jìn)行重新校準?？捎煤铣傻墓腆wQC樣品來(lái)代替液體樣品(見(jiàn)第14章)。

11.2試樣 的測定:將試樣裝人樣品盒中,試樣約占樣品盒的75%。如果試樣黏稠,在裝人樣品盒前,應先加熱使其容易倒入樣品盒。保證窗口和液體之間沒(méi)有氣泡。測定每一個(gè)試樣。如果第一次測定的硫質(zhì)量分數小于100mg/kg,那么用新的樣品盒和新取的試樣進(jìn)行重復測定,得到的兩次測定結果的平均值即為試樣的硫含量。

11.3如果分析多個(gè)試樣,在-一個(gè)系列的分析結束時(shí)(不多于10個(gè)試樣)應進(jìn)行QC樣品的測定,以確定系統是否在滿(mǎn)意的狀態(tài)下。如果QC樣品的偏差超過(guò)了該依度下的重復性允差(見(jiàn)表5),應停止分析，找出原因并糾正。所用QC樣品的濃度應和試樣濃度相近(見(jiàn)第14章)。

11.4對于硫質(zhì)量分數小于100mg/kg的試樣,應進(jìn)行重復測定。每次測定都要用新取的試樣按照

11.1和11.2進(jìn)行。重復測定結果之間的差別如果大于15.1.2 中重復性允差,考慮是否由于樣品準備過(guò)程被污染所致,再重復測定。

注:表1中的信息提示了用本標準對乙醇汽油、甲醇汽油(或M85以及M100)硫含量進(jìn)行測定時(shí)的誤差情況。

12 計算

通過(guò)硫X射線(xiàn)強度計數在校準曲線(xiàn)上自動(dòng)計算出試樣中的硫含量。

13 試驗報告

測試結果為試樣的總硫含量。對于質(zhì)量分數大于0.01%的,以質(zhì)量分數(%)報告結果,修約至三位有效數字;對于質(zhì)量分數小于0.01%的，以質(zhì)量分數(mg/kg)形式報告結果,其中質(zhì)量分數在10 mg/kg~100 mg/kg之間的,修約至兩位有效數字,低于質(zhì)量分數10 mg/kg的，修約至一位有效數字(見(jiàn)GB/T 8170)。要注明是用本標準方法進(jìn)行的測試。硫質(zhì)量分數小于100 mg/kg的試樣,對重復試驗結果取平均值給出報告.

14 質(zhì)量控制

14.1 每個(gè)實(shí)驗室都應建立-一個(gè)質(zhì)量控制程序來(lái)保證本標準的測量系統處于滿(mǎn)意狀態(tài)?？刹捎脤C 樣品定期測定并做質(zhì)量控制圖的方法(見(jiàn)6.10).至少要選擇- -種有代表性的QC樣品進(jìn)行測定(見(jiàn),NB/SH/T 0843).

14.2除了對 QC樣品(見(jiàn)6.10)進(jìn)行定期測定外,在每天分析試樣前也應對校準空白樣品(例如,稀釋劑)進(jìn)行測定?？瞻讟悠妨蛸|(zhì)量分數應小于2 mg/kg.如果測試結果硫質(zhì)量分數大于2 mg/kg,應對儀器進(jìn)行重新校準并重新測定空白樣品(使用新的樣品盒和新的樣品)。如果結果仍不在可接受的范圍內,則應進(jìn)行全面的校準。如果儀器進(jìn)樣口被污染,在分析硫質(zhì)量分數小于20mg/kg的樣品時(shí),則應按照儀器說(shuō)明書(shū)對其進(jìn)行清理。為了在低濃度下得到較好的校準曲線(xiàn),可改變回歸的權重因子。

14.3結果確認:每 次測試結束,都應對測試進(jìn)行確認,需要檢查樣品是否有明顯的破壞，例如,樣品盒泄漏、樣品盒薄膜有褶皺或者是雙層膜。

14.4觀(guān)察分 析結果,如果認為結果超常,則應進(jìn)行重復試驗予以確認。

14.5定期檢查確保吹掃氣符合儀器制造商的規格要求。

14.6定期測定漂移監測樣品和質(zhì)量控制標準樣品。規定--個(gè)界限，當結果超出界*,應進(jìn)行漂移校正或是全面的校準。從上一個(gè)結果正常的監測樣品起到發(fā)現超出可接受的范圍的監測樣品之間的樣品都應進(jìn)行重復測試。

15 精密度和偏差

15.1 精密度

15.1.1本標準的精密度是由多個(gè)實(shí)驗室對27個(gè)樣品的測定結果進(jìn)行統計分析得到的,27個(gè)樣品包括:餾分油、含氧或不含氧的汽油、乙醇汽油、煤油、柴油、生物柴油及其調和燃料、渣油和原油,硫質(zhì)量分數范圍是0.000 1%(1 mg/kg) ~4.6%(46000 mg/kg).所有類(lèi)型樣品的PLOQ(合并測定極限值)確定為16mg/kg(按照ASTMD6259方法計算)。由于制造商或型號不同,本標準使用的儀器在靈敏度上會(huì )有差異,當硫質(zhì)量分數低于20mg/kg時(shí)要根據樣品的具體情況來(lái)確定本標準的適用性。本標準檢出限和定量限的估計值分別為再現性標準偏差的3倍和10倍。對于硫質(zhì)量分數超過(guò)4.6%的樣品可對樣品進(jìn)行稀釋使硫質(zhì)量分數在本標準的適用范圍內。本標準中沒(méi)有考察稀釋后樣品中硫含量測定的精密度和偏差,稀釋后樣品測定結果的精密度不適用第15章的精密度和偏差,會(huì )比未稀釋樣品測定結果的偏差大。附錄C和附錄D分別對柴油和汽油的精密度進(jìn)行了陳述。本標準硫含量范圍內的精密度見(jiàn)15.1.2和15.1.3.只有當樣品中的干擾物質(zhì)含量小于表1所示時(shí),數據才可用。按下述規定判斷試驗結果的可靠性(95%置信水平)。

注:揮發(fā)性的樣品可能達不到所示精密度,可能的原因有:分析前或分析過(guò)程中輕組分的揮發(fā),硫在樣品盒窗口處

有增強效應,導致結果偏高。

15.1.2重復性(r):同一個(gè)操作者 ,在同一個(gè)實(shí)驗室,使用同一臺儀器，在相同條件下對同一試樣采用正確的操作方法進(jìn)行測定,得到的兩個(gè)試驗結果之差不應超過(guò)式(3)或式(4)的數值。表5為精密度典型值. .

r =0.4347 X ^0.6446 -------------（3）

r = [0.434 7(10 000 Y )^0.6446］/10 000--------（4）

式中:

X-----兩個(gè)重復試驗結果的 質(zhì)量分數平均值，單位為毫克每千克(mg/kg);

Y------兩個(gè)重 復試驗結果的質(zhì)量分數平均值, %。

15.1.3  再現性(R)：不同的操作者，在不同的實(shí)驗室，使用不同儀器，對同一試樣采用正確的操作方法 進(jìn)行測定，得到兩個(gè)單一、獨立的試驗結果之差不應超過(guò)式(5)或式(6)的數值.表5為精密度典型值。

R= 1.9182 X ^0.6446             ................... ( 5 )

R =[1,918 2(10 000Y)^0.6446]/10 000....                                     ( 6 )

式中：

X-----兩個(gè)單一、獨立試驗結果的質(zhì)量分數平均值，單位為毫克每千克(mg/kg),

Y -----兩個(gè)單一、獨立試驗結果的質(zhì)量分數平均值，％

15.1.3   附錄C和附錄D中分別給出了柴油和汽油的重復性和再現性.

15.2偏差

15.2.1   多個(gè)實(shí)驗室對10個(gè)NIST標準物質(zhì)(SRM)進(jìn)行測定.表6給出了其標準值、實(shí)驗室循環(huán)測定 值、偏差以及相對偏差。假定白油的m_c/m_H為5.698(C?H“)，碳氫比不會(huì )引起明顯的偏差。

15.2.2   實(shí)驗室間對8個(gè)NIST標準物質(zhì)的測定結果表明各種類(lèi)型樣品在標準值和測定值之間無(wú)統計 學(xué)上的顯著(zhù)偏差。