Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Method Development for Asphaltene Samples
Tuisku, Aaro (2018)
Tuisku, Aaro
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201802082166
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201802082166
Tiivistelmä
Opinnäytetyö suoritettiin Nesteen Tutkimus- ja kehitysyksikössä Porvoon jalostamolla. Työn tarkoituksena oli kehittää kvantitatiivinen menetelmä asfalteeninäytteille aallonpituusdispersiivisellä röntgenfluoresenssispektrometrialla (WDXRF). Työn tavoitteena oli kehittää näytematriisille tarkka menetelmä, joka keskittyisi mataliin pitoisuuksiin (0-100 ppm). Ennen tätä työtä asfalteeninäytteet oli mitattu puolikvantitatiivisella menetelmällä.
Asfalteeneista mitataan WDXRF:lla yli 20 alkuainetta, mutta tämän työn menetelmään sisällytettiin 12 alkuainetta kohtuullisen työmäärän saavuttamiseksi: kalium, kalsium, kromi, mangaani, koboltti, kupari, sinkki, kadmium, tina, antimoni, tallium ja lyijy.
Röntgenfluoresenssispektrometriassa näytettä ei hajoteta ja näytematriisilla on suuri vaikutus saatuihin tuloksiin, mutta korkea sensitiivisyys saavutetaan. Näytteet voidaan mitata laimentamattomina ja näytteiden esikäsittely on yksinkertaista ja nopeaa. WDXRF:n optiikka mahdollistaa korkean resoluution sekä jokaisen mitattavan alkuaineen erillisen optimoinnin.
Menetelmän kehitys aloitettiin oikeellisten ja toistettavien kalibrointinäytteiden valmistamisesta. Toimiva lineaarinen standardin lisäysmenetelmä saavutettiin pipetoimalla alkuaine-standardeja eri pitoisuuksissa etanoliin, johon nolla-näyte sekoitettiin. Kalibrointinäytteiden annettiin kuivua vetokaapissa ja näytteet painettiin puristenapeiksi analysointia varten.
Jokaiselle kalibroitavalle alkuaineelle optimoitiin mittausparametrit kokeilemalla eri röntgenputkiasetuksia, suodattimia, analyysikristalleja ja kollimaattoreja lyhyillä (~3 min) kvalitatiivisilla mittauksilla. Kvantitatiivisessa menetelmässä mittauspisteille määritettiin taustapisteet sekä sopiva pulssi-ikkuna. Mitatut kalibrointisuorat noudattivat korkeaa tarkkuutta (RSD <0,0001-0,0006 %). Kalibroinnin jälkeen kalibrointisuorille mitattiin referenssi-intensiteetit drift-näytteillä menetelmän ylläpidon mahdollistamiseksi.
Työn tuloksena onnistuttiin kehittämään kvantitatiivinen WDXRF-menetelmä asfalteeninäytteille validointia ja käyttöönottoa varten. Menetelmän kehitys antoi laboratoriolle mallin siirtää loputkin WDXRF:lla analysoitavat alkuaineet uudelle kvantitatiiviselle menetelmälle.
Asfalteeneista mitataan WDXRF:lla yli 20 alkuainetta, mutta tämän työn menetelmään sisällytettiin 12 alkuainetta kohtuullisen työmäärän saavuttamiseksi: kalium, kalsium, kromi, mangaani, koboltti, kupari, sinkki, kadmium, tina, antimoni, tallium ja lyijy.
Röntgenfluoresenssispektrometriassa näytettä ei hajoteta ja näytematriisilla on suuri vaikutus saatuihin tuloksiin, mutta korkea sensitiivisyys saavutetaan. Näytteet voidaan mitata laimentamattomina ja näytteiden esikäsittely on yksinkertaista ja nopeaa. WDXRF:n optiikka mahdollistaa korkean resoluution sekä jokaisen mitattavan alkuaineen erillisen optimoinnin.
Menetelmän kehitys aloitettiin oikeellisten ja toistettavien kalibrointinäytteiden valmistamisesta. Toimiva lineaarinen standardin lisäysmenetelmä saavutettiin pipetoimalla alkuaine-standardeja eri pitoisuuksissa etanoliin, johon nolla-näyte sekoitettiin. Kalibrointinäytteiden annettiin kuivua vetokaapissa ja näytteet painettiin puristenapeiksi analysointia varten.
Jokaiselle kalibroitavalle alkuaineelle optimoitiin mittausparametrit kokeilemalla eri röntgenputkiasetuksia, suodattimia, analyysikristalleja ja kollimaattoreja lyhyillä (~3 min) kvalitatiivisilla mittauksilla. Kvantitatiivisessa menetelmässä mittauspisteille määritettiin taustapisteet sekä sopiva pulssi-ikkuna. Mitatut kalibrointisuorat noudattivat korkeaa tarkkuutta (RSD <0,0001-0,0006 %). Kalibroinnin jälkeen kalibrointisuorille mitattiin referenssi-intensiteetit drift-näytteillä menetelmän ylläpidon mahdollistamiseksi.
Työn tuloksena onnistuttiin kehittämään kvantitatiivinen WDXRF-menetelmä asfalteeninäytteille validointia ja käyttöönottoa varten. Menetelmän kehitys antoi laboratoriolle mallin siirtää loputkin WDXRF:lla analysoitavat alkuaineet uudelle kvantitatiiviselle menetelmälle.