石油工业中的液体样品分析：精密度、准确度和仪器安全性

实验室对于使用 X 射线荧光仪器的最大关切之一是，仪器在液体样品分析过程中的安全性。一次事故就可能损坏一个 XRF仪器，导致数天的停用，并在维修备件和服务方面损产生数千美元的费用。正是由于这些原因，液体分析安全性是分析仪器开发过程的重要考虑因素。

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对 XRF 而言，用于液体分析的样品制备相当简单。液体样品装在一次性圆柱形聚合物槽中（图 1）并套有一层可透射 X 射线和荧光的薄膜。所用薄膜取决于几个关键因素：液体基质类型（油、溶剂、酸等）、所需的检出限和薄膜中的污染物含量。然后按体积或重量计算，将所需的液体加入装置中。使用 XRF 检测非无限厚样品时，保持一致的分析体积非常重要。

样品制备的一种替代方法是将液体样品加在特殊设计的过滤垫之上，并使样品干燥。这种方法的优势在于可以提高检出限，尤其是较轻元素（原子序数小于氯）的检出限。

对于石油工艺控制，有多种至关重要的元素。最重要的元素之一是硫。在石油样品中，硫的含量范围从低于百万分之一（低于 1.0 ppm）至 5% 不等。幸运的是，XRF 能够借助经自吸收校正的样品校准曲线来分析这些浓度各异的样品中的硫（图 2/表 1）。

石油分析的其他常见元素是铅 (Pb)、镍 (Ni)、钒 (V) 和氯 (Cl)。如表 2 所示，分析的重复性非常好，即使在 ppm 水平也如此。

石油中的常规检出限通常小于 1.0 ppm，由表 3 的结果就可以看出。这些结果是每个石油标准样品中每种元素使用 100 秒计时得出的。使用带有薄膜的标准液体装置制备样品。高于 1.0ppm 检出限的元素是轻元素，如钠 (Na) 和镁 (Mg)。使用此标准制备方法得到的样品，不能检测原子序数小于钠的元素，因为薄膜会吸收其特征 X 射线。

为进行钠和镁的痕量元素分析，或分析硼 (B)、碳 (C)、氮 (N) 或氟 (F)，必须使用完全不同的样品制备方法。这种方法利用一个专门设计的吸收垫作为分析的介质。将液体（无论是水、油或溶剂）吸取移液至吸收垫上，并在通风处或在烘箱中干燥。干燥完毕后，即可在真空下使用 X 射线光谱仪进行分析。使用这些吸收垫时，允许在被测材料和测角仪间不使用任何膜的情况下进行分析，并且能让材料浓缩以实现优异的检出限。示例可见图 4 和 5。回归分析显示钠和镁的检测限为 0.2ppm。

石化法规日趋严格，并且要求在更低水平对产品中诸如硫、镍、钒和铅等关键元素进行定量分析。如需符合各种标准（包括 ASTM D2622、ASTM D4927 和 ISO 20884），因此需要高灵敏度和稳定性，以确保含量符合规定的限度。ARL PERFORM’X 波长色散 XRF 分析仪可提供出色的重复性和分辨率。使用吸收垫进行样品制备的创新方法显著提升了检出限，尤其是钠和镁等轻元素的检出限。此外，其还允许不经稀释直接检测石油，从而大幅缩短样品制备时间，提高分析的速度和分析吞吐量。