استخدام تحليل ICP في التعرف على العناصر الزیتیة والمنتجات البترولية
يعد تحليل ICP أو التحليل الطيفي للبلازما المقترنة حثیا أحد أقوى تقنيات العناصر التي يمكنها اكتشاف تركيزات العناصر حتى في نطاق ppb. وفي هذا المقال ستتعرف أولاً على أساسيات الطريقة بشكل مختصر، ومن ثم سيتم التطرق إلى الموضوع الرئيسي للمقال وهو تطبيق هذه الطريقة في التعرف على العناصر الزيتية والمواد البترولية. ويختلف نوع وتركيز العناصر في الزيت والسوائل حسب موقع استخراج الزيت. كما تؤثر عناصر الشوائب على خواص الزيت والنفط. إذا كانت الشوائب مثل الكبريت والفوسفور والنيتروجين تؤثر على خصائص تزییت الزيوت. تمت مناقشة العناصر المذكورة أعلاه في المقالة التالیة.
إحدى طرق التحليل الطيفي هي تحليل ICP أو التحليل الطيفي للبلازما المقترنة حثیا ، والذي يستخدم البلازما المقترنة حثیا لتأين العينة. وفي المحاليل السائلة ذات التركيز المنخفض جدًا، تتمتع هذه الطريقة بالقدرة على تحديد العناصر المعدنية، وعدد كبير من العناصر غير المعدنية، بالإضافة إلى القدرة على اكتشاف النظائر المختلفة للعنصر. يعتمد أساس هذه الطريقة على قياس شدة الموجات الناتجة عن عودة الذرات من الحالة المثارة. له القدرة على كشف جميع العناصر، كما أن التداخل الكيميائي للعناصر منخفض، وله حساسية عالية جدًا في نطاق ppb، والتداخل الأيوني منخفض جدًا بسبب انخفاض كثافة الإلكترونات الناتجة عن التأين مقارنة بـ إلكترونات غاز الأرجون.
هذا التحليل ليس له القدرة على تحليل الغازات النبيلة وله فقط القدرة على تحليل الهالوجينات في وجود فراغ عالي، كما أن قدرته على كشف العناصر القلوية مثل الروبيديوم تكون ضعيفة، وفي حالة وجود تراكيز كبيرة من الأحماض أو المذيبات العضوية ، يحدث خطأ في التحليل. يظهر عرض الجهاز في الشكل أدناه.
قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثیا (ICP-MS)
الشكل 1: قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثياً (ICP-MS).
يحتوي هذا التحليل على فئتين: قياس الطيف الكتلي (MS) والإشعاع الذري (OES).
قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثیا (ICP-MS): هو تقنية تحليلية يمكن استخدامها لقياس العناصر بتركيزات منخفضة جدًا في نطاق ppb في العينة قيد البحث. تُستخدم هذه الطريقة في صناعات مختلفة مثل البيئة والنفط والغاز والبتروكيماويات والمعادن والطب والأبحاث السريرية. في هذه الطريقة، يتم نقل الأيونات إلى مطياف الكتلة. يتم فصل الأيونات على أساس نسبة كتلتها إلى الشحنة ويستقبل الكاشف إشارة الأيونات المتعلقة بتركيز العناصر المختلفة.
التحليل الطيفي للانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-OES): يستخدم لتحديد عناصر عينة معينة. تشبه هذه التقنية طريقة ICP-MS، مع اختلاف أن حد الكشف الخاص بها هو فی نطاق ppm . في هذه الطريقة، تُستخدم الإشارات الفيزيائية الضوئية الفريدة لكل عنصر للكشف بنجاح عن النوع والكمية النسبية لكل عنصر في التركيبة. ICP-OES له تطبيق خاص في تحليل العينات المعقدة ويستخدم في تطبيقات مثل العناصر النزرة في الدماغ البشري، وتحديد العناصر في صناعة التبغ، والسموم والصناعات الدوائية.
الفرق الرئيسي بين ICP-MS وICP-OES هو أن الأول يقيس نسبة m/z (الكتلة إلى الشحنة) للعناصر بينما يقيس الأخير الطول الموجي للضوء المنبعث من الأنواع المثارة (العناصر/الأيونات) إلى تحديد يجمع العناصر. في ICP-MS، يتم تركيز الأيونات بواسطة عدسة أيونية وتوجيهها إلى مجموعة رباعية الأقطاب التي تفصل بينها بناءً على نسبة m/z الخاصة بها.
يستخدم جهاز ICP تقنية قياس الطيف الانبعاثي حيث تبعث الإلكترونات المثارة الطاقة عند الطول الموجي المشعع. تتم تنفيذ هذه الإثارة في جهاز ICP بواسطة بلازما الأرجون الساخنة. وتتراوح درجة الحرارة هذه بين 6000 و10000 كلفن. ومن السمات الرئيسية لهذه الطريقة أن كل عنصر يصدر طاقة بطول موجي محدد وفقًا لخصائصه المحددة. يظهر الشكل 2 منظرًا لجزء البلازما من الجهاز.
تطبيق تحليل ICP في التعرف على العناصر الزیتیة والمنتجات البترولية
تلعب الزيوت والشحوم الصناعية دورًا مهمًا في كل صناعة. ومن تطبيقاتها تحسين أداء الآلات والمعدات الصناعية وحمايتها من التلف أثناء العمل. أنواع الزيوت الصناعية وتصنيفها تعتمد علی أصلها ومکوناتها. هيكل النفط الخام عبارة عن مزيج من عناصر مختلفة وبناء على نوع النفط والمنطقة التي يستخرج منها تختلف نسبة كل عنصر في النفط الخام.
تستخدم هذه الطريقة لقياس العناصر في مختبرات النفط والغاز والبتروكيماويات ومختبرات الزيوت والشحوم ومختبرات الأبحاث. أحد الزيوت السائلة هو الزيت المعدني. وبما أن الزيوت المعدنية تنشأ من مصادر طبيعية، فإنها تحتوي على عناصر أخرى مثل الكبريت والفوسفور والنيتروجين وغيرها، والتي يشار إليها بالشوائب، والتي تؤثر على التشحيم وتلوث البيئة أيضًا. يمكن أن تتسبب هذه الشوائب في تكوين الحمأة والرواسب كمنتجات أكسدة وتفاعلات أخرى تحدث أثناء عملية التشحيم. يجب تكرير هذه الزيوت وعندما يتم تنقيتها، يتم استكمالها بمواد مضافة لتعويض أوجه القصور فيها. ومع ذلك، فإن الزيوت المعدنية هي الأكثر استخدامًا في الصناعة. يتمتع تحليل ICP بالقدرة على أداء وقياس العناصر المذكورة أعلاه.
إن طريقة إجراء تحليل ICP لتحديد العناصر الموجودة في الزیت والمنتجات البترولية تكون وفقًا لمعايير ASTM D9451 وASTM D5185. ووفقاً لهذه المواصفة، يتمتع الجهاز بالقدرة على قياس العناصر المضافة والمعادن الكاشطة والملوثات من خلال التخفيف بالمذيبات العضوية. تطبيق آخر لهذا التحليل هو فحص مواد التشحیم المضافة إلى زيت المحرك. يعتبر التآكل والاحتكاك والتآكل مصادر للمعادن المتبقية، ومن خلال هذا التحليل يمكنك معرفة نسبتها وتحديد مقدار التآكل الذي تسببه هذه المعادن. كما أنه قادر على تحطيم المركبات العضوية المحتوية على المعادن مثل ثنائي ثیوفوسفات ثنائي ألكيل الزنك، الذي يعمل كعامل مضاد للتآكل. يُستخدم تحليل الزيوت لتتبع المعادن بشكل شائع في صيانة المحركات.
البلازما المقترنة حثياً
الشكل 2: البلازما المقترنة حثياً (ICP).
