數十年來，石化燃料一直是工業應用和運輸的主要能源。然而，石化燃料儲量的耗竭、環境污染和經濟問題促使人們開發可再生、更廉價且更清潔的可替代燃料。生物乙醇是其中一種可替代燃料，由植物副產物中的糖和淀粉組分發酵得到。不同純度的生物乙醇均可用作燃料源。水合乙醇燃料未經處理除去水分，其中含有 93%–96% 的乙醇。它通常用于彈性(彈性燃料)或雙燃料發動機中。無水乙醇經過處理除去水分，具有至少 99% 的純度。它能夠以最高 25% v/v 的比例與汽油混合。
高純度燃料在生產、儲存和運輸過程中可能被元素雜質污染，因此準確定量分析其中的金屬含量非常重要。根據 ASTM D4806 規范和巴西國家石油、天然氣和生物燃料管理局 (ANP) 第 19/2015 號決議，必須對乙醇中存在的 Cu、Fe、Na 和 S 的濃度進行控制。ASTM 和 ANP 規定的 Cu 濃度限值分別為0.1 mg/kg 和 0.07 mg/kg，且 Fe 濃度限值為 5 mg/kg(ANP)，Na 濃度限值為 2 mg/kg (ANP)，S 濃度限值為 30 mg/kg (ASTM)。
實驗部分
儀器
采用具備智能光譜組合 (DSC) 功能的 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 進行所有測量。儀器操作條件列于表 1 中。
標樣和樣品前處理
含 0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0 和10.0 mg/L Cu，0、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 和 40.0 mg/L Fe 和 Na，以及 0、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、75.0 和 100.0 mg/L S 的多元素校準標樣用以 1% v/v HNO3 稀釋的 10% v/v 乙醇配制。僅用 1% v/v HNO3 稀釋 10 倍來配制水合乙醇燃料樣品。為根據 ASTM 和 ANP 方法的規定檢驗準確度和精密度，將目標濃度的一半和目標濃度的金屬元素加入乙醇燃料樣品中。
加標濃度為：Cu 0.03 mg/kg和 0.07 mg/kg，Fe 2.5 mg/kg 和 5.0 mg/kg，Na?1.0 mg/kg 和 2.0 mg/kg，S 15 mg/kg 和 30 mg/kg。使用含 0.5 mg/L Cu、5 mg/L Fe 和 20 mg/L S 的10% v/v 乙醇溶液對長期穩定性 (150 min) 進行評估。
結果與討論
通過使用 5100 系統在 SVDV 模式下對 10% v/v 乙醇空白溶液重復測量十次所得到的背景等效濃度(BEC) 和信號背景比 (SBR)，來計算方法檢測限(MDL)。Cu、Fe、Na 和 S 的線性校準范圍、靈敏度(校準曲線的斜率)和 MDL 如表 2 所示。對于所有發射譜線，MDL(考慮到稀釋 10 倍)均低于ASTM D4806 和 ANP 第 19/2015 號決議中規定的限值。
校準線性
Na 和 S(圖 1)的校準曲線在校準范圍內表現出優異的線性，相關系數分別為 1.00000 和 0.99997。
長期穩定性
通過在 150 分鐘內分析含 0.5 mg/L Cu、5 mg/L?Fe 和 20 mg/L S 的溶液，對 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 的長期穩定性進行評估，整個分析序列中的回收率均處于 ±10% 以內。本研究中未觀察到等離子體穩定性的變化。
加標回收率
對于所有分析物，在 SVDV 模式下得到的加標回收率均在 88%–108% 的范圍內，且精密度(相對標準偏差)優于 3.3% (n = 3)(表 3)。在水平觀測模式下獲得了類似的結果(未示出)。回收率結果表明，5100 SVDV ICP-OES 能夠在所需濃度下準確測定乙醇燃料樣品中的 Cu、Fe、Na 和 S。在稀釋樣品中僅檢出 S (0.37–1.65 mg/kg) 和 Na(0.11–0.17 mg/kg)。
結論
方法檢測限表明 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 滿足分析水合乙醇燃料(經 HNO3 稀釋 10 倍后)中的Cu、Fe、Na 和 S 的行業要求，符合 ASTM D4806和 ANP 第 19 號決議的規定。加標回收率結果處于預期限值內，表明具有優異的準確度。精密度優于3.3% RSD，且 2.5 小時分析過程中得到的穩定性處于預期值 ±10% 以內。在同步垂直雙向觀測 (SVDV) 模式下運行的 5100 系統將垂直取向炬管的穩定性與水平觀測 ICP-OES 的靈敏度相結合。先進的 DSC 技術能夠在一次讀數過程中同時獲得水平和垂直等離子體觀測數據，從而實現快速的同步數據采集，并確保每個樣品消耗的氬氣量低于或不超過單向觀測 ICP-OES。