Análise de líquidos na indústria do petróleo: precisão, exatidão e segurança dos instrumentos

Uma das maiores preocupações dos laboratórios que usam fluorescência de raios X (XRF) é a segurança de seus instrumentos durante a análise de líquidos. Um acidente pode danificar um sistema XRF, custando dias de produtividade e milhares de dólares em peças e serviços. É por essas razões que os recursos de segurança de análise de líquidos estão na vanguarda do desenvolvimento de instrumentos analíticos.

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A preparação da amostra para análise de líquido é bastante simples para XRF. A amostra líquida está contida em uma célula de polímero cilíndrica descartável (Fig. 1) com um filme fino para transmissão de raios-X e fluorescência. O filme usado depende de vários fatores principais: tipo de matriz líquida (óleo, solvente, ácido, etc.), limites desejados de detecção e contaminantes contidos nos filmes. O líquido é então adicionado às células por volume ou peso. Manter um volume de análise consistente é importante na medição de amostras não infinitamente espessas por XRF.

Um método alternativo de preparação de amostras envolve colocar as amostras líquidas em almofadas de filtro especialmente projetadas e permitir que a amostra seque. O benefício desse método pode ser percebido na melhoria dos limites de detecção, principalmente em relação aos elementos leves, ou seja, com números atômicos menores que o cloro.

Muitos são os elementos considerados importantes para o controle dos processos petrolíferos. Um dos mais solicitados é o enxofre. O enxofre (S) pode variar de sub-ppm a 5% em amostras de petróleo. Felizmente, o XRF é capaz de analisar S nessas concentrações variáveis ​​usando uma curva de calibração de amostra corrigida para auto-absorção (Fig. 2 / Tabela 1).

Outros elementos comuns na análise de petróleo são chumbo (Pb), níquel (Ni), vanádio (V) e cloro (Cl). Conforme mostrado na Tabela 2, a repetibilidade da análise é excelente, mesmo em níveis de ppm.

Os limites comuns de detecção em óleo são normalmente inferiores a 1,0 ppm, o que pode ser visto nos resultados da tabela 3. Esses resultados foram obtidos usando 100 segundos de tempo de contagem por elemento em uma amostra padrão de óleo. A preparação da amostra foi realizada usando a célula líquida padrão com filme fino. Os elementos que estarão acima dos limites de detecção de 1,0 ppm são elementos leves, como sódio (Na) e magnésio (Mg). Elementos com números atômicos menores que Na não serão possíveis de medir usando este método de preparação padrão devido à absorção de seus fótons XRF característicos pelo filme de suporte.

Para análise elementar de Na e Mg ou análise de boro (B), carbono (C), nitrogênio (N) ou flúor (F), um método de preparação de amostra completamente diferente deve ser empregado. Este método utiliza uma almofada absorvente especialmente projetada como meio de análise. Os líquidos, quer sejam aquosos, óleos ou solventes, são pipetados para a almofada e deixados secar ao ar ou em estufa. Depois de secas, as almofadas podem ser analisadas sob vácuo no espectrômetro de raios-X. O processo de utilização dessas almofadas permite que a análise ocorra sem nenhum filme entre o material e o goniômetro e que o material seja concentrado para limites de detecção muito melhores. Exemplos podem ser vistos nas Fig. 4 e 5. A análise de regressão ilustra limites extraordinários de detecção de 0,2 ppm de Na e Mg.

As regulamentações petroquímicas estão se tornando cada vez mais rígidas e exigem níveis mais baixos de quantificação de elementos-chave como enxofre, níquel, vanádio e chumbo nos produtos. A conformidade com várias normas, incluindo ASTM D2622, ASTM D4927 e ISO 20884, requer alta sensibilidade e estabilidade para garantir que o conteúdo esteja em conformidade com os limites regulamentares. O analisador XRF dispersivo de comprimento de onda ARL PERFORM'X oferece excelente repetibilidade e resolução. A forma inovadora de usar uma almofada absorvente para a preparação de amostras aumenta significativamente os limites de detecção, especialmente para elementos leves como sódio e magnésio. Além disso, permite que os óleos sejam medidos diretamente sem diluição, o que reduz significativamente o tempo de preparação da amostra e aumenta a velocidade e o rendimento da análise.