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I  概述

檢測發(fā)動機冷卻液已成為追蹤燃氣和柴油發(fā)動機中液冷過程健康狀況的重要工具，冷卻液的元素組成為評估其防腐性能和穩(wěn)定性提供了關鍵信息。在整個發(fā)動機系統(tǒng)中保持有效的冷卻性能，將直接關系到發(fā)動機的使用壽命。

ICP-OES技術多年來一直被用于檢測發(fā)動機潤滑油，近年來也逐漸應用于發(fā)動機冷卻液的檢測。

本應用使用RADOM等離子體發(fā)射光譜儀，按照ASTM D6130標準方法對新冷卻液和在用冷卻液的元素組成進行檢測。通過高通量自動進樣系統(tǒng)，優(yōu)化并加速了樣品的提升和清洗流程，從而實現(xiàn)對冷卻液添加劑、腐蝕產(chǎn)物和污染物元素的高效多元素分析。

II  實驗

儀器

RADOM全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）采用模塊化設計，即中階梯分光檢測系統(tǒng)模塊、等離子體發(fā)生器及進樣系統(tǒng)模塊。其使用陶瓷環(huán)取代傳統(tǒng)水冷線圈，射頻能量利用率更高，由此形成穩(wěn)定且高性能的等離子體，具有更好的基體耐受性，尤其適合復雜樣品的分析。另外摒棄傳統(tǒng)復雜的水冷式RF發(fā)生器，創(chuàng)新采用極簡風冷式，極大降低售后維修成本。同時無需循環(huán)水機，安靜節(jié)能。小巧且緊湊的結構便于運輸及迅速部署，支持現(xiàn)場即時檢測。

本應用嚴格遵循ASTM D6130 Determination of Si and Other Elements in Engine Coolant by Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectroscopy電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定發(fā)動機冷卻液中的硅及其他元素方法。由于發(fā)動機冷卻液是水基樣品，RADOM配置了水基樣品引入系統(tǒng)，包含：一體式炬管、耐高TDS的同心霧化器、雙通道旋流霧室。

測試條件

RADOM等離子體發(fā)射光譜儀具體參數(shù)設置詳見表1。冷卻液的組成因其用途不同而可能存在顯著差異，這會改變其物理性質，如粘度和表面張力。為確保冷卻液樣品的一致提升和清洗效果，系統(tǒng)集成ESI公司的4DXCi自動進樣器和SampleSense FAST進樣閥組件。這種自動進樣閥組件能夠快速將樣品引入樣品環(huán)，同時通過光學傳感器監(jiān)測樣品的到達。樣品加載完成后（約3秒），ICP分析將被自動觸發(fā)，開始采集等離子體的發(fā)射光譜信號。分析完成后，系統(tǒng)會自動加載下一個樣品，同時清洗霧化器和霧室，為下一次分析做好準備。該配置具有以下優(yōu)勢：

• 快速氣體攪拌：樣品提升前通過進樣針注入氣體實現(xiàn)瞬時混勻

• 真空快速進樣：將樣品加載至光學監(jiān)控的定量閥環(huán)中

• 強化清洗功能：樣品閥加載期間同步用溶劑清洗霧化室

表2給出了目標元素和內標鈷（Co）波長的具體信息。

標樣及樣品制備

標樣、空白樣和樣品均按照ASTM D6130方法進行制備。多元素混標使用Inorganic Ventures的水基標準溶液配制。標準曲線使用液和樣品空白使用18 MΩ去離子水（DI）和5%乙二醇（w/v, Sigma-Aldrich）制備，具體濃度信息詳見表3。需要注意的是，鉀通過兩條發(fā)射線進行交叉校準，因此對每條線進行了中點校準檢查，以確保檢測期間響應穩(wěn)定。

30個在用冷卻液樣品來自當?shù)匾患抑匦驮O備供應商實驗室，并額外采購了兩種新冷卻液樣品。使用中的冷卻液樣品按1:10（v/v）比例使用去離子水稀釋，而濃（新）冷卻液樣品則按1:20（v/v）比例稀釋。

所有標準溶液和樣品均添加10 mg/L（ppm）的鈷（Co）作為內標。此外，所有溶液中還添加了1%（w/v）的銫（以CsCl形式，Sigma-Aldrich）。銫作為電離緩沖劑，用于消除高鈉、鉀含量冷卻液樣品中的基質干擾。鈷和銫均事先加入稀釋劑中，以簡化樣品和標準溶液的制備過程。

III  結果與討論

30個在用冷卻液和2個新冷卻液樣品進行了檢測，其中2個在用及1個新冷卻液待測元素的濃度差異如圖1所示。         

這些冷卻液在成分上存在顯著差異，其顏色從不同深淺的紅色、橙色到綠色不等，如右圖所示。通過初步觀察，不同冷卻液的粘度也有所不同。此外，考察各冷卻液樣品中元素濃度的分布也具有一定意義，圖2展示了32個樣本中鉀濃度的分布情況。

IV  系統(tǒng)穩(wěn)定性

由于許多實驗室需要檢測大量冷卻液樣品，我們進一步對分析方法的穩(wěn)定性進行了評估。圖3展示了超過5小時的樣品分析中質控樣的穩(wěn)定性結果，所有回收率均符合ASTM D6130規(guī)定的±5%范圍內。

此外，檢測在用冷卻液時對鈷（Co）內標回收率的評估也至關重要，圖4展示了內標在校正不同理化性質冷卻液的重要性。

V  檢出限

RADOM對冷卻液的檢測能力可通過乙二醇基質的檢出限進行評估，通過分析10個空白樣品并計算標準偏差的3倍得出。所得結果如表4所示，檢出限數(shù)值以測量值和實際冷卻液中的濃度（10倍稀釋）兩種形式呈現(xiàn)。

VI  高通量自進樣器

在用中的冷卻液由于其成分差異，常面臨樣品殘留和交叉污染的問題。選擇ESI的 SampleSense FAST自動進樣系統(tǒng)的主要目的正是有效避免這些問題。自動閥取樣系統(tǒng)能夠在清洗樣品引入系統(tǒng)的同時加載樣品。此外，對于粘度較高的樣品（加載速度較慢），系統(tǒng)會主動監(jiān)測其加載過程。通過使用該技術，清洗效果得到顯著改善，從而實現(xiàn)了更快的樣品通量和更短的分析時間。圖5展示了在分析高含量標準樣品后，系統(tǒng)能夠迅速將殘留沖洗至空白水平的高效性能。

使用傳統(tǒng)自動進樣器時，樣品通量為每個樣品125秒。而采用ESI SampleSense FAST自動進樣系統(tǒng)后，該時間顯著減少至每個樣品71秒，樣品通量提升了43%，同時清洗性能也得到了顯著提升。

VII  結論

RADOM等離子體發(fā)射光譜儀能夠遵循ASTM D6130標準方法對在用冷卻液和新冷卻液進行高通量分析，該系統(tǒng)的高基質耐受性結合內標校正的適當應用，為這些冷卻液提供了穩(wěn)定和準確的監(jiān)測。

ESI SampleSense FAST自動進樣系統(tǒng)的利用確保了不同粘度的冷卻液樣品均得到優(yōu)化的樣品加載時間監(jiān)控，同時也增強了樣品清洗過程，實現(xiàn)了每個樣品平均71秒的分析時間。

• 全譜直讀ICP發(fā)射光譜儀

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