Phân Tích Diesel Sinh Học (Fame) Bằng ICP-OES

GIỚI THIỆU

Nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng do sự gia tăng dân số và công nghiệp hóa theo cấp số nhân. Vì vậy, sự tập trung toàn cầu vào an ninh năng lượng và giảm thiểu phát thải khí nhà kính đã thúc đẩy những tiến bộ nghiên cứu và công nghệ sâu rộng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Ví dụ, nhiên liệu dầu mỏ cũng có thể được pha trộn với nhiên liệu sinh học để giảm lượng khí thải carbon của phương tiện giao thông. Một trong những loại nhiên liệu sinh học phổ biến nhất là diesel sinh học (Fatty Acid Methyl Ester). Chất lượng và độ tinh khiết của dầu diesel sinh học rất quan trọng đối với hiệu suất và tuân thủ các tiêu chuẩn quy định. Một khía cạnh quan trọng của chất lượng diesel sinh học là sự có mặt của các nguyên tố vi lượng Na, K, Ca, Mg và P, có thể ảnh hưởng đến tính ổn định và đặc tính cháy của nó. Quang phổ phát xạ quang học plasma kết hợp cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy ICP-OES) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ được sử dụng để xác định nồng độ các nguyên tố vi lượng trong dầu diesel sinh học.

PHƯƠNG PHÁP

Quang phổ phát xạ quang học plasma kết hợp cảm ứng (ICP-OES) là một kỹ thuật phân tích có độ nhạy cao. Nó được sử dụng để phát hiện các nguyên tố hóa học trong các mẫu khác nhau bằng cách sử dụng plasma nhiệt độ cao để ion hóa mẫu và phân tích ánh sáng phát ra từ các nguyên tử và ion bị kích thích. Dựa trên nguyên lý khi một nguyên tử hoặc ion bị kích thích thì các electron của nguyên tử hoặc ion đó sẽ chuyển mức năng lượng từ thấp lên cao rồi trở về trạng thái ban đầu. Mỗi nguyên tử phát ra một bước sóng đặc trưng. Những đặc tính này được sử dụng để phân tích định lượng và định tính. Mặc dù ICP-OES có sự ổn định và độ nhạy cao nhưng nó đòi hỏi đầu tư ban đầu đáng kể, vận hành có tay nghề cao và chuẩn bị mẫu kỹ lưỡng. Bất chấp những hạn chế này, tính linh hoạt và hiệu quả của nó khiến nó trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống ICP-OES điển hình

Bảng 1. Thông số kỹ thuật của Châu Âu và Hoa Kỳ (mg/kg) đối với Diesel sinh học

Các mẫu diesel sinh học được pha loãng trong 1-propanol tuyệt đối. Các mẫu diesel sinh học tham chiếu được National Institute of Standards and Technology (diesel sinh học NIST SRM 2772 được sản xuất từ đậu nành và diesel sinh học NIST SRM 2773 được sản xuất từ mỡ động vật) đã được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của phương pháp. Phương pháp được áp dụng cho các mẫu phân tích: mẫu diesel sinh học được sản xuất từ các nguyên liệu thô khác nhau: mỡ động vật, đậu thầu dầu, củ cải làm thức ăn gia súc, hạt cải dầu, đậu nành và dầu ăn dư. Trong quy trình này, phổ tham chiếu của dung môi được ghi lại trước tiên và sau đó nó được tự động trừ đi.

Hình 2. Phổ phát xạ của dầu diesel sinh học, a. Mẫu diesel sinh học chuẩn, b. Phổ phát xạ đo được và phổ hiệu chỉnh thu được khi sử dụng hệ thống hiệu chỉnh BG thông minh

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm (μg g -1 ) thu được bằng ICP-OES sau khi pha loãng mẫu bằng 1-propanol

Việc xác định nồng độ Ca, K, Mg, Na, P và S trong các mẫu diesel sinh học từ các nguyên liệu thô khác nhau được thực hiện trong các điều kiện tối ưu. Việc phân tích nguyên tố của các mẫu diesel sinh học được thực hiện bằng phần mềm hệ thống, cho thấy nồng độ khác nhau của các nguyên tố vi lượng. Qun sát vào bảng 2, hầu hết các mẫu diesel sinh học đều đạt tiêu chuẩn, đặc biệt là các mẫu dầu đậu nành có hàm lượng các nguyên tố như Ca, K, Mg, Na, P và S thấp hơn đáng kể. Phát hiện này phù hợp với kỳ vọng rằng dầu diesel sinh học, thường có nguồn gốc từ dầu tinh khiết, sẽ có nồng độ nguyên tố thấp hơn. Các kết quả nhấn mạnh sự thay đổi thành phần nguyên tố giữa các mẫu dầu diesel sinh học và dầu thực vật khác nhau, phản ánh tác động của quá trình tinh chế và nguồn nguyên liệu thô đối với nồng độ nguyên tố vi lượng.

HỆ THỐNG

Việc tích hợp máy quang phổ HR4000 từ Ocean Insight vào hệ thống ICP-OES có thể mang lại lợi ích nhờ khả năng thu thập dữ liệu tốc độ cao và độ phân giải quang phổ tốt của máy quang phổ.

Máy quang phổ HR4000 của Ocean Insight nâng cao hiệu suất của hệ thống nhờ thu thập dữ liệu tốc độ cao (lên đến 3.8 ms) và độ phân giải quang phổ tốt (0.03 – 1.0 nm). Việc thu thập dữ liệu nhanh chóng và độ phân giải cao này rất quan trọng để theo dõi thời gian thực và phân tích nguyên tố chi tiết, cho phép phát hiện và định lượng chính xác nhiều nguyên tố cùng một lúc. Thiết kế nhỏ gọn của HR4000 cho phép tích hợp vào các hẹ thống ICP-OES hiện có, mang lại sự linh hoạt trong thử nghiệm. Hơn nữa, việc đảm bảo khả năng tương thích của phần mềm là rất quan trọng để tận dụng tối đa khả năng của HR4000 và đạt được kết quả đáng tin cậy, có thể sử dụng lại. Sự tích hợp này có thể mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm giám sát môi trường, kiểm soát chất lượng dược phẩm và phân tích địa hóa, trong đó tốc độ, độ chính xác và tính linh hoạt là tối quan trọng.