Tek Reaksiyon Odası (SRC) Teknolojisi Kullanılarak Parçalama Sonrası USN-ICP-MS ile Ağır Ham Petrolde Nadir Toprak Elementlerinin Tayini

Giriş

Ağır ham petrolün elementel analizi, köken bölgesi, olgunluk, göç, tür ve rafinaj sürecinde ortaya çıkabilecek potansiyel zorlukların belirlenmesi gibi pek çok nedenle önemlidir. Ancak ağır ham petrolün analizi, çoğunlukla örnek hazırlama sürecinin karmaşıklığından kaynaklanan birçok zorluk barındırır.

Mikrodalga sindirimi bu zorlukların bir kısmını aşmak için kullanılsa da, geleneksel rotor bazlı sistemler hâlâ şu sorunlarla karşı karşıyadır: numune boyutu sınırlamaları, sıcaklık ve basınç kapasiteleri, yüksek kalıntı organik içerik (ROC) ve yüksek kalıntı asidite.

Milestone’un devrim niteliğindeki Tek Tepkime Odası (SRC) mikrodalga sindirimi, kapalı kap mikrodalga sindiriminin tüm avantajlarını barındırırken, numune hazırlamayı hızlı, kolay, etkili ve en yüksek kalite ile gerçekleştirmektedir. SRC, çok yüksek sıcaklık ve basınçta (sırasıyla 300 °C ve 199 bar) çalışarak, en büyük numune boyutlarının ve en reaktif örneklerin bile tam sindirimini sağlar.

Numune doğrudan tek kullanımlık cam tüplere tartılabilir; böylece asit temizliği ve kap montajı ihtiyacı ortadan kalkar.

Druzian ve arkadaşlarının “Rare earth element determination in heavy crude oil by USN-ICPMS after digestion using a microwave-assisted single reaction chamber” başlıklı makalesi (J. Anal. At. Spectrom., 2016, 31, 1185), Milestone’un ultraWAVE 3 teknolojisi ile elde edilen sindirim kalitesinin rotor bazlı teknolojiye kıyasla üstünlüğünü ortaya koymaktadır.

Özet

Bu makale incelemesinde, Milestone’un Tek Tepkime Odası (SRC) sistemi kullanılarak mikrodalga destekli ıslak sindirim (MAWD) sonrası, ağır ham petrolde ultrasonik nebulizatör (USN) ile ICP-MS yöntemiyle nadir toprak elementlerinin (REE) tayini için bir yöntem önerilmiştir.

Yöntemin doğruluğu, hem analit spike eklenerek hem de MAWD-SRC ile elde edilen sonuçların, geleneksel MAWD ve mikrodalga kaynaklı yanma yöntemleriyle karşılaştırılmasıyla değerlendirilmiştir.

Tüm analitler için uygun geri kazanımlar (%94 ile %110 arasında) elde edilmiş ve MAWD-SRC ile diğer yöntemlerden elde edilen sonuçlar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark gözlenmemiştir.

Deney

Ekipmanlar

• Milestone ultraWAVE 3

• 7 pozisyonlu rack (40 mL kuvars vial’lar ile)

• Analitik terazi

• ICP-MS cihazı

Şekil 1 – Milestone’un ultraWAVE 3’ü

Milestone tarafından geliştirilip patenti alınan ultraWAVE 3, SRC teknolojisinde önemli bir ileri adımı temsil etmekte olup Milestone’un 30 yılı aşkın deneyimine dayanmaktadır.

Yüksek saflıkta PTFE-TFM astar ve kapak ile donatılmış paslanmaz çelik reaktör, numune türü veya kullanılan asit karışımından bağımsız olarak daha yüksek basınç ve sıcaklıklara ulaşılmasını mümkün kılar.

Sindirim süreci, reaksiyon odası içindeki sıcaklığı doğrudan ölçen gelişmiş temassız sensör easyTEMP tarafından sürekli olarak kontrol edilir.

Basitleştirilmiş rack (taşıyıcı) yapısı, kapların montaj ve demontaj ihtiyacını ortadan kaldırır. Aynı derecede önemli bir avantaj ise, tek kullanımlık cam, kuvars veya PTFE-TFM vial’lar kullanılarak farklı numunelerin eşzamanlı olarak işlenebilmesidir. Bu da hem zaman hem maliyet tasarrufu sağlar.

ultraWAVE 3, performans, süre, iş akışı ve sahip olma maliyetiyle ilgili tüm numune hazırlama zorluklarına çözüm getirir.

Numune Hazırlama

250 mg ile 1000 mg arasında ağır ham petrol, 40 mL’lik bir kuvars vial içine tartıldı ve üzerine 8 mL %65 HNO₃ eklendi. Çalışmada MAWD-SRC yönteminin çalışma koşulları incelendi: numune kütlesi, kullanılan reaktiflerin türü ve hacmi, sindirim sırasında ulaşılan sıcaklık (200°C – 270°C arası) ve mikrodalga ışınlama süresi (35, 40, 45 ve 50 dakika).

Kuvars vial’ları tutan rack, reaksiyon odasındaki SRC PTFE-TFM astarının içine yerleştirildi. Bu odacık daha önce 120 mL H₂O ve 5 mL HNO₃ ile doldurulmuştu. Kuvars vial’ların sızdırmazlığı için SRC sistemi 40 bar azot gazı ile basınçlandırıldı.

Optimize edilmiş sindirim koşullarında, sindirim çözeltilerinde kalan karbon konsantrasyonu 2345 mg/L ve artık asitlik %14,6 olarak ölçüldü. Asitlik düşük olduğundan, MAWD-SRC sindirimi sonrası seyreltme gerekmemiştir. Bu da 0,1 – 2 ng/g arası düşük tayin limitlerine (LOQ) ulaşılmasına imkan tanımıştır. Böylece çok düşük konsantrasyonlarda bulunan bazı analitlerin belirlenmesi mümkün olmuştur.

Bu yöntemle, yalnızca 40 dakikada, 8 mL 14,4 mol/L HNO₃ kullanılarak 1 g’a kadar ağır ham petrol başarıyla sindirilebilmiştir. Bu, ağır ham petrolün sindirimi ve ardından ICP-MS ile nadir toprak elementlerinin tayini için önemli bir ilerleme olarak değerlendirilmektedir.

Sonuçlar ve Tartışma

Yazarların bilgisine göre, bu yöntem kapalı kaplarda ıslak sindirim ile 1 g ham petrolü sindirebilen ilk yöntemdir. Bu sayede, ham petrolde çok düşük konsantrasyonlarda bulunan elementlerin tayini mümkün hale gelmiştir. Bu makale, SRC teknolojisinin benzersiz performansı ve güvenilirliğinin kanıtını sunmaktadır.

ultraWAVE, tüm numune boyutlarında tam sindirimi garanti ederken, rotor bazlı teknoloji düşük sindirim sıcaklıkları nedeniyle çok daha yüksek karbon konsantrasyonları bırakmaktadır. ultraWAVE ile sindirim verimliliği daha yüksektir; sindirim çözeltilerinde düşük artık karbon ve düşük asitlik sağlar. Bu parametreler, ICP-MS ile nadir toprak elementlerinin (REE) tayini sırasında girişimlerin önlenmesi açısından kritik öneme sahiptir.

ultraWAVE, üstün performans, güvenlik ve nispeten yüksek numune verimliliğini bir arada sunar; çünkü sindirim işlemi çoklu pozisyonlarda yalnızca 40 dakikada gerçekleştirilebilmektedir.

Tablo 1- MAWD-SRC ile ham petrol “A”nın sindiriminde sıcaklığın kalıntı karbon içeriği üzerindeki etkisi (ortalama ve standart sapma, n=3). Sindirim, 750 mg, 6 mL 14,4 mol L-1HNO3 sindirim çözeltisi ve 40 dakikalık mikrodalga ışınlama süresi kullanılarak gerçekleştirildi.

Sonuç olarak, Tayin Limitleri (LOQ’lar) hem geleneksel mikrodalga sistemine göre daha düşük bulunmuştur, hem de artık asitlik değerleri daha düşük gerçekleşmiştir.

Kaynak: Milestone SRL