Análisis de líquidos en la industria del petróleo: precisión, exactitud y seguridad de los instrumentos

La seguridad de su instrumento durante el análisis de líquidos es una de las mayores preocupaciones de los laboratorios que utilizan fluorescencia de rayos X (XRF). Un accidente puede dañar un sistema XRF, lo que cuesta días de productividad y miles de dólares en piezas y servicio. Es por estas razones que las características de seguridad del análisis de líquidos están a la vanguardia del desarrollo de instrumentos analíticos.

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La preparación de muestras para el análisis de líquidos es bastante sencilla para XRF. La muestra líquida está contenida en una celda de polímero cilíndrica desechable (Fig. 1) con una película delgada para la transmisión de rayos X y fluorescencia. La película utilizada depende de varios factores clave: tipo de matriz líquida (aceite, disolvente, ácido, etc.), límites deseados de detección y contaminantes contenidos en las películas. A continuación, el líquido se añade a las células en volumen o en peso. Mantener un volumen de análisis constante es importante en la medición de muestras de espesor no infinito por XRF.

Un método alternativo de preparación de muestras consiste en colocar las muestras líquidas en almohadillas de filtro especialmente diseñadas y dejar que la muestra se seque. El beneficio de este método se puede ver en la mejora de los límites de detección, especialmente en lo que respecta a elementos ligeros, es decir, con números atómicos menores que el cloro.

Hay muchos elementos que se consideran importantes para el control de los procesos petroleros. Uno de los más solicitados es el azufre. El azufre (S) puede variar desde sub-ppm hasta 5% en muestras de petróleo. Afortunadamente, XRF puede analizar S a estas concentraciones variables utilizando una curva de calibración de muestra corregida para la autoabsorción (Fig. 2 / Tabla 1).

Otros elementos comunes en el análisis del petróleo son el plomo (Pb), el níquel (Ni), el vanadio (V) y el cloro (Cl). Como se muestra en la Tabla 2, la repetibilidad del análisis es excelente incluso a niveles de ppm.

Los límites habituales de detección en el aceite son normalmente inferiores a 1,0 ppm, lo que se puede ver en los resultados de la tabla 3. Estos resultados se obtuvieron usando un tiempo de conteo de 100 segundos por elemento en una muestra estándar de aceite. La preparación de la muestra se realizó utilizando la celda de líquido estándar con película delgada. Los elementos que estarán por encima de los límites de detección de 1,0 ppm son elementos ligeros como sodio (Na) y magnesio (Mg). Los elementos con números atómicos más bajos que el Na no serán posibles de medir usando este método de preparación estándar debido a la absorción de sus fotones XRF característicos por la película de soporte.

Para el análisis de trazas elementales de Na y Mg o el análisis de boro (B), carbono (C), nitrógeno (N) o flúor (F), se debe emplear un método de preparación de muestras completamente diferente. Este método utiliza una almohadilla absorbente especialmente diseñada como medio de análisis. Los líquidos, ya sean acuosos, aceites o disolventes, se pipetean sobre la almohadilla y se dejan secar al aire o en un horno. Una vez secas, las almohadillas se pueden analizar al vacío en el espectrómetro de rayos X. El proceso de uso de estas almohadillas permite que el análisis se produzca sin ninguna película entre el material y el goniómetro y que el material se concentre para unos límites de detección mucho mejores. Se pueden ver ejemplos en las figuras 4 y 5. El análisis de regresión ilustra límites extraordinarios de detección de 0,2 ppm de Na y Mg.

Las regulaciones petroquímicas son cada vez más estrictas y exigen niveles más bajos de cuantificación de elementos clave como azufre, níquel, vanadio y plomo en los productos. El cumplimiento de varias normas, incluidas ASTM D2622, ASTM D4927 e ISO 20884, requiere una alta sensibilidad y estabilidad para garantizar que el contenido cumpla con los límites reglamentarios. El analizador XRF dispersivo de longitud de onda ARL PERFORM'X proporciona una excelente repetibilidad y resolución. La forma innovadora de utilizar una almohadilla absorbente para la preparación de muestras mejora notablemente los límites de detección, especialmente para elementos ligeros como el sodio y el magnesio. Además, permite medir los aceites directamente sin dilución, lo que reduce significativamente el tiempo de preparación de la muestra y aumenta la velocidad y el rendimiento del análisis.