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ICP-OES의 바이오디젤(명성) 분석
Minh Khuê - 18/07/2024
소개
인구 증가와 산업화의 기하급수적인 발전으로 인해 에너지 수요는 더욱 증가하고 있습니다. 그러나 에너지 안보와 온실가스 배출 완화에 대한 전 세계적인 관심은 재생에너지 분야에서 광범위한 연구와 기술 발전을 촉진했습니다. 예를 들어, 석유 연료를 바이오 연료와 혼합하여 차량의 탄소 배출량을 줄일 가능도 있습니다. 가장 일반적인 바이오 연료 중 하나는 바이오디젤(지방산 메틸 에스테르)입니다. 바이오디젤의 품질과 순도는 효율과 규제 표준 준수에 매우 중요합니다. 바이오디젤 품질의 주요 측면 중 하나는 안정성과 연소 특성에 영향을 미칠 수 있는 Na, K, Ca, Mg 및 P 미량 원소의 존재입니다. 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광법(ICP-OES)은 바이오디젤의 미량 원소 농도를 확정하는 데 사용되는 강력한 분석 기술입니다.
방법
유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법(ICP-OES)은 높은 민감도 분석 기술입니다. 고온 플라즈마를 활용하여 시료를 이온화하고 여기된 원자 및 이온에서 방출되는 빛을 분석하여 다양한 시료의 화학 원소를 검출하는 데 사용됩니다. 원자나 이온이 여기되면 원자나 이온의 전자가 낮은 곳에서 높은 곳으로 에너지를 방출한 다음 바닥 상태로 돌아간다는 원리에 기초합니다. 각 원자는 특정 파장을 방출합니다. 이러한 특정은 정량적 분석과 정성적 분석에 사용됩니다. ICP-OES는 견고성과 높은 감도를 가지고 있지만지만 상당한 초기 투자, 숙련된운영및 철저한 시료 준비가 필요합니다. 이러한 제한에도 불구하고 그 다양성과 효율성으로 인해 많은 과학 및 산업 분야에서 중요한 도구가 되었습니다.
그림 1. 일반적인 ICP-OES 시스템의 시스템 다이어그램
표 1 유럽 및 미국의 바이오디젤 규격 (mg/kg)
원소 | EN14214 | ASTM D6751 |
황 (S) | 10.0 | 15.0 |
인 (P) | 10.0 | 10.0 |
나트륨 (Na) | 합계 5.0 | 합계 5.0 |
칼륨 (K) | ||
칼슘 | 합계 5.0 | 합계 5.0 |
마그네슘 |
바이오디젤 샘플은 절대 1-프로판올로 희석되었습니다. 최근 미국 국립표준기술연구소 (National Institute of Standards and Technology)에서 도입한 참조 바이오디젤 샘플(대두로 생산된 NIST SRM 2772 바이오디젤 및 동물성 기름에서 생산된 NIST SRM 2773 바이오디젤)을 사용하여 방법의 정확성을 확인했습니다. 이 방법은 동물성 기름, 피마자 씨, 사료 순무, 유채 씨, 대두 및 잔여 식용유 등 다양한 원재료로 생산된 바이오디젤 샘플인 분석 샘플들에 적용되었습니다. 이 절차에서는 용매의 기준 스펙트럼을 먼저 기록하고 다음 자동적으로 뺍니다.
그림 2. 바이오디젤의 배출 스펙트럼, a. 인증된 바이오디젤 시료, b. 측정된 방출 스펙트럼과 스마트 BG 보정 시스템을 사용하여 얻은 보정 스펙트럼
1-프로판올로 시료를 희석한 후 ICP-OES로 얻은 실험 결과(μg g -1 )
바이오디젤 | 황 (S) | 인 (P) | 나트륨 (Na) | 칼륨 (K) | 칼슘 | 마그네슘 |
동물성 기름 | 8.7±0.9 | 3.6±0.6 | < 0.3 | < 0.6 | < 0.2 | < 0.3 |
피마자 씨 | 99.4±1.1 | 0.6±0.2 | 29 ± 1 | < 0.6 | 0.4± 0.1 | 0.33±0.03 |
사료 순무 | 14.2±0.4 | 0.7±0.1 | 0.9±0.2 | < 0.6 | 0.8± 0.1 | 0.16±0.05 |
유채 씨 | 2.6±0.3 | < 0.3 | < 0.3 | < 0.6 | < 0.2 | < 0.3 |
잔여 식용유 | 2.3±0.2 | 0.7±0.1 | < 0.3 | 17.5±0.4 | < 0.2 | < 0.3 |
대두 | 1.4±0.2 | < 0.3 | < 0.3 | < 0.6 | 0.4± 0.1 | < 0.3 |
다양한 원재료의 바이오디젤 샘플에서 Ca, K, Mg, Na, P 및 S 농도 측정은 최적화된 조건에서 수행되었습니다. 바이오디젤 샘플의 원소 분석은 시스템 소프트웨어를 사용하여 수행되며 다양한 농도의 미량 원소를 나타냅니다. 표 2에 결과를자세히 살펴보면 거의 모든 바이오디젤 샘플이 표준을 충족하며, 특히 Ca, K, Mg, Na, P 및 S와 같은 원소 함량이 상당히 낮은 콩기름 샘플이 표준을 충족합니다. 이 결과는 일반적으로 정제된 오일에서 추출되는 바이오디젤은 더 낮은 원소 농도를 나타낸 기대와 일치합니다. 일반적으로 정제된 오일에서 추출되는 바이오디젤은 더 낮은 원소 농도를 나타냅니다. 결과는 미량 원소 농도에 정제 과정 및 원재료를 미치는 영향을 반영하여 다양한 바이오디젤 및 식물성 기름 샘플에 원소 구성의 가변성을 강조합니다.
체계
Ocean Insight의 HR4000 분광기를 ICP-OES 시스템에 통합하면 분광기의 고속 데이터 수집 및 우수한 스펙트럼 분해능으로 인해 이익이 될 수 있습니다.
Ocean Insight의 HR4000 분광기는 고속 데이터 수집(최대 3.8ms)과 우수한 스펙트럼 분해능(0.03 - 1.0nm)으로 인해 시스템 성능을 향상시킵니다. 이러한 신속한 데이터 수집과 우수한 분해능은 실시간 모니터링과 상세한 원소 분석에 매우 중요하므로 여러 원소를 동시에 정확하게 검출하고 정량화할 수 있습니다. HR4000의 컴팩트한 디자인 덕분에 기존 ICP-OES 시스템에 통합되어 실험에 유연성을 가져옵니다. 또한 HR4000의 기능을 최대한 활용 및 든든하고 재시용 기능 결과를 얻으려면 소프트웨어 호환성을 보장하는 것이 중요합니다. 이러한 통합은 환경 모니터링, 의약품 품질 관리, 구화학적 분석 등 다양한 분야에 도움이 될 수 있습니다.그 중에서도 속도, 정밀도, 유연성은 가장 요한 것입니다.
그림 3. HR4000 분광계
결론
Ocean Insight의 HR4000과 결합된 ICP-OES 시스템을 사용한 바이오디젤(FAME) 분석은 미량 원소를 검출하고 정량화하는 강력하고 정확한 방법임이 입증되었습니다. 이 방법은 인, 황, 칼슘, 칼륨 등과 같은 원소를 효과적으로 측정하여 규제 표준을 충족하고 바이오디젤 품질을 보장합니다. 따라서 HR4000 ICP-OES 시스템은 바이오디젤 생산에서 일상적인 품질 관리 및 규정 준수를 위한 필수 도구입니다.
