电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定车用尿素水溶液中的8种杂质元素含量

杨倩倩 吴德军 王德伦 杜 效

(1 钢铁研究总院，北京100081；2 泰安市产品质量监督检验所，山东 泰安 271000)

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定车用尿素水溶液中的8种杂质元素含量

杨倩倩1吴德军2王德伦2杜 效1

(1 钢铁研究总院，北京100081；2 泰安市产品质量监督检验所，山东 泰安 271000)

将1 g 尿素水溶液样品置于烘箱105 ℃下浓缩，在1 100 ℃马弗炉中加热灰化；取出冷却，使用盐酸(1+1)溶解灰分。采用Al 237.312 nm、Ca 393.366 nm、Cr 267.716 nm、Cu 324.754 nm、Fe 238.204 nm、Mg 279.553 nm、Ni 231.604 nm、Zn 213.856 nm作为分析线，建立了使用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定尿素水溶液中铝、钙、铬、铜、铁、镁、镍和锌8种杂质元素的方法。结果表明，铝、钙、铬、铜、铁、镁、镍和锌的线性范围在0.02～2 μg/mL时，校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 5；方法中各元素的检出限为0.001～0.010 μg/mL。将方法应用于尿素水溶液样品中8种杂质元素的测定，结果的相对标准偏差(RSD，n=7)均小于5.0%，加标回收率为91%～108%。方法可一次性完成对多种元素的测定，准确度、精密度较高，方法简便快速，适用于各级检验机构进行多批次、多项目产品的元素检测。

ICP-AES；车用尿素；氮氧化物还原剂；灰化；痕量杂质元素

0 前言

当前，环境污染已成为我国日益严重的问题，而我国第Ⅳ阶段机动车排放标准已成为强制要求。目前，国内柴油车发动机生产厂家广泛采用选择性催化还原(SCR)技术进行车辆排放尾气的处理[1]。

车用尿素溶液是用于柴油车SCR系统的尾气净化液。车用尿素溶液工作时，尿素泵将其从尿素罐中抽出，与压缩空气混合后雾化，经喷嘴喷入排气管，在较高的废气温度(300～500 ℃)和气流作用下气化分解为CO2和NH3。以NH3作为还原剂，将NOx还原为无污染的N2和H2O，同时吸收有害的烟气颗粒。这种方法具有能够有效降低尾气中的氮氧化物(NOx)含量等优点[2-4]。

由于国内车用尿素溶液刚刚开始使用，其研发、生产和应用技术还不够成熟，且改装车辆、药品更换的站点极少，加之国家对装载SCR系统车辆的优惠措施尚有待完善，这些都制约了车用尿素溶液行业的发展以及柴油车的减排效果。近年来，中国石油化工股份有限公司等公司在车用尿素溶液的生产、检验、储运、应用技术等方面不断实践，并已成功应用于公交车、商务客车等各类大型柴油车辆，有力地推动了车用尿素溶液行业的发展[5]。

世界各国在推行更为严格的柴油机排放法规的同时，配套制定了一系列的车用尿素溶液ISO标准，我国也于2013年制定了“GB 29518—2013 柴油发动机氮氧化物还原剂——尿素水溶液AUS32”。尽管测定柴油发动机氮氧化物还原剂——尿素水溶液中的杂质物质的质量指标已有相关的国家标准和公告[6]，报道的文献也较多，但其分析方法还没有相关文献报道。

本实验通过浓缩干灰化法，将尿素水溶液灰化分解后，采用单道扫描电感耦合等离子体原子发射光谱仪完成了对尿素水溶液中国家标准要求的8种杂质元素含量的准确测定，有效地解决了样品分解难和测试费用昂贵等问题。

1 实验部分

1.1 主要仪器及技术特点

Plasma 1000型顺序扫描发射光谱仪(钢研纳克检测技术有限公司)，其技术参数：高频电源频率27.12 MHz、功率1.25 kW；负高压800 V；冷却气流量15 L/min，载气流量0.5 L/min，冲洗气流量1.5 L/min；观察高度10 mm；蠕动泵泵速20 r/min；同轴玻璃气动雾化器，进口旋转雾室，三层同轴石英炬管，中心管2.0 mm。

1.2 主要试剂

Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn标准溶液(1 000 μg/mL，国家钢铁材料测试中心)。

盐酸(优级纯)，硝酸(优级纯)，实验用水均为超纯水，电阻率≥18 MΩ·cm；氩气(纯度>99.999 %，北京诚维峰气体有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

准确称取50 mL试样，分批次置于石英坩埚中，在105 ℃烘箱中烘至微结晶后，将石英坩埚置于镍坩埚中，在马弗炉中加热2.5 h(2 h内从350 ℃上升至700 ℃，700 ℃恒温0.5 h)；取出冷却至室温，加入5 mL HCl，20 mL二次去离子水，加热至全部溶解；再次冷却至室温后，转移至50 mL玻璃容量瓶中，加水定容至刻度。随同试样做空白实验。

1.3.2 标准曲线的配制

在8个50 mL容量瓶中，分别加入Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn等标准溶液，使得上述元素在8个容量瓶中的含量分别为0、1、5、10、50、100 μg，加入超纯水定容至刻度，摇匀。

2 结果与讨论

2.1 元素谱线选择

由于车用尿素水溶液在进行消解之后无基体干扰，因此各元素的谱线直接选择最灵敏的谱线即可，如表1所示。

表1 各元素分析谱线Table 1 Analytical lines of the elements

2.2 各元素校准曲线

根据样品中各个元素的含量，将配制好的标准溶液(1.3.2)使用Plasma 1000进行校准测定。以各个元素的质量分数(x)对谱线强度(y)绘制校准曲线，其线性回归方程及相关系数见表2。

表2 各元素线性回归方程及相关系数Table 2 Correlation coefficients and linear regression equations

2.3 方法精密度与检出限

2.3.1 方法检出限

以空白溶液连续测定11次标准偏差的3倍所对应的质量浓度为方法检出限，以空白溶液连续测定11次标准偏差的10倍所对应的质量浓度为方法测定下限，结果如表3所示，待测元素的检出限为0.001～0.01 μg/mL，测定下限为0.003～0.033 μg/mL。

2.3.2 样品分析结果及精密度实验

对实际样品11次平行取样，按实验方法测定，计算精密度，待测元素的测定值和精密度见表4，表中待测元素的测定值为11次测量值的算术平均值，待测样品各元素的精密度均小于5%。

表3 方法检出限和测定下限Table 3 Detection limit of the method and determination limit of the method /(μg·mL-1)

表4 方法精密度实验Table 4 Precision tests of the method(n=11) /(μg·mL-1)

2.3.3 加标回收实验

采用ICP-AES法对车用尿素进行测定，在5个平行样品溶液中分别加入一定量的标准溶液，结果见表5。由表5可知，样品的加标回收率在91%～108%，满足实验要求。

表5 加标回收实验Table 5 Recovery tests of the method /(μg·mL-1)

3 结论

采用顺序扫描ICP-AES仪测定车用尿素中的Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn等8种元素，无基体干扰，可一次性完成对多种元素的测定，方法准确度、精密度较好，方法简便快速，适用于各级检验机构进行多批次、多项目产品的元素检测。

[1] 刘希庆,郭秀梅,张莉,等.车用尿素溶液及其应用[J].石油商技(PetroleumProductsApplicationResearch),2014,32(4):40-43.

[2] 郭碧宝.尿素-SCR对柴油机NOx排放控制原理分析[J].汽车维修(AutomobileMaintenance), 2008,44(8):4-6.

[3] 乔映宾,冯明星,朱宗敏,等.柴油车尾气处理技术及车用尿素溶液[J].石油商技(PetroleumProductsApplicationResearch),2012,30(5):54-59.

[4] 晏润寒,陈义龙,刘爱贤,等.车用尿素水溶液在机动车氮氧化物减排中的应用[J].油气田环境保护(EnviromentalProtectionofoil&gasfields),2014(4):55-58.

[5] 徐民.车用尿素-SCR技术进展现状及发展展望[J].山东化工(ShandongChemicalIndustry), 2015,44(1):67-69.

[6] 中国国家标准化管理委员会GB 29518—2013柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液(AUS32)[S].北京:中国标准出版社,2013.

Determination of 8 Impurities in Vehicle Urea by InductivelyCoupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy

YANG Qianqian1, WU Dejun2, WANG Delun2, Du Xiao1

(1.CentralIron&SteelResearchInstitute，Beijing100081，China;2.TaianInstituteofSupervisionandInspectiononProductQuality,Taian,Shandong271000,China)

1.000 0 g of vehicle urea was accurately weighted and concentrated in an oven at 105 ℃. After cooling, the samples were heated in a muffle furnace at 1 100 ℃ until they were ashed completely. Then 20 mL HCl(1+1) was added to dissolve the ashes. The spectral lines (Al 237.312 nm, Ca 393.366 nm, Cr 267.716 nm, Cu 324.754 nm, Fe 238.204 nm, Mg 279.553 nm, Ni 231.604 nm and Zn 213.856 nm) were chosen as analytical lines, and a method for the determination of 8 impurities (Al, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni and Zn) in vehicle urea by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) was established The results showed that the linear ranges of 8 impurities were 0.02～2 μg/mL. The correlation coefficients were higher than 0.999 5. The detection limits were 0.001～0.010 μg/mL. The proposed method was successfully used to determine 8 impurities in vehicle urea with satisfactory results. The relative standard deviations (RSDs,n=7) were all less than 5.0%, and the recoveries of standard addition were 91 %～108 %. This method has some advantages (rapid, simplicity, good accuracy and high precision) for batch analysis simultaneously.

ICP-AES; vehicle urea; NOxreductant; ashing; trace elements

2015-12-17

2016-02-26

国家科技部、国家重大科学仪器设备开发专项基金项目(2011YQ140147)资助

杨倩倩，女，工程师，主要从事金属材料的分析研究和应用。E-mail: yangqianqian@ncschina.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.02.017

O657.31；TH744.11

A

2095-1035(2016)02-0061-03